Rôle de la Caspase-2 au cours des processus neurodégénératifs associés au vieillissement. Conception rationnelle d’inhibiteurs sélectifs et évaluation sur des modèles biologique

Role of Caspase-2 in neurodegenerative processes associated with aging. Rational design of selective inhibitors and their evaluation on biological models

• Auteur / Autrice : Elodie David-Bosc
• Direction : Chahrazade El Amri, Etienne Jacotot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 26/11/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Adaptation biologique et vieillissement (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Karoyan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Gillet, Lorenzo Galluzzi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joëlle Vidal, Alain Buisson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Caspases

Antipeptidases

Alzheimer, Maladie d'

Maladies neurodégénératives

Mots clés libres

Caspase-2

Peptides inhibiteurs

Conception rationnelle

Inactivateurs sélectifs

Maladie d'Alzheimer

Réseaux neuronaux

Caspase-2

Peptide inhibitors

Rational design

Selective inactivators

Alzheimer's disease

Neural Networks

Résumé

La Caspase-2 (CASP-2) est singulière de par ses multiples rôles physiologiques et par son implication dans les processus neurodégénératifs aigus et chroniques. Dans ce contexte, des études récentes ont contribué à sa validation en tant que cible thérapeutique potentielle de la maladie d’Alzheimer. Par conséquent, le développement d’inhibiteurs spécifiques constituerait des outils pharmacologiques qui permettraient de mieux appréhender ses rôles dans la physiologie et pathologie du neurone. Les inhibiteurs de Caspases actuels sont majoritairement des séquences tétra ou pentapeptidiques qui reproduisent les motifs préférentiellement reconnus par ces enzymes. Dans le cadre de ce travail de thèse, trois stratégies d’identification d’inhibiteurs ont été suivies ; (i) une approche de conception rationnelle de peptides ciblant le site actif, (ii) conception in silico de peptides de l’interface de dimérisation, (iii) criblage aléatoire et rationnel de petites molécules organiques. Parmi ces stratégies, l’inhibition du site actif s’est révélée être la plus fructueuse. Nous avons ainsi pu démontrer que des variations du résidu Alanine en P2 sur un motif VDVAD permettaient d’améliorer les paramètres de sélectivité et d’efficacité. Sur ce constat une série de peptides « LJ » avec des mécanismes d’inhibition variés a été développée. Deux composés LJ2 et LJ3, ont démontré d’excellents paramètres d’inactivation et de sélectivité envers la CASP-2. Dans des réseaux de neurones reconstruits in vitro, LJ2 et LJ3 présentent un effet synaptoprotecteur. Ces travaux de thèse ouvrent donc le champ à de nouvelles perspectives sur le plan fonctionnel ainsi que sur le plan thérapeutique.

Caspase-2 (CASP-2) is unique among Caspases since its involved in a plethora of physiological processes and in severe and chronic neurodegenerative processes. In this context, recent studies have indicated that CASP-2 is a potential therapeutic target for Alzheimer’s disease. It is therefore necessary to develop specific inhibitors which would constitute pharmacological tools to better understand the role of this protease in the physiology and pathology of the neuron. The current Caspases inhibitors are mostly tetra or pentapeptide sequences that reproduce the patterns preferentially recognized by these enzymes. During this thesis project, we used three identification strategies ; (i) a rational design approach of peptides targeting the active site, (ii) in silico design of peptides of the dimerization interface, (iii) rational an random screening of small organic molecules. Among these strategies, inhibition of the active site has been shown to be the most productive one. We have been able to demonstrate that the variation of the Alanine residue in P2 on the pattern VDVAD increased efficiency and selectivity parameters. Based on this observation, a serie of peptides “LJ” with various inhibitory mechanisms has been developed. Two compounds LJ2 and LJ3, demonstrated excellent inactivation and selectivity parameters toward CASP-2. In neuronal networks reconstructed in vitro, LJ2 and LJ3 protect against synapse loss. This thesis project opens the field to new perspectives on the functional level as well as on the therapeutic plan.