Validation et criblage de nouvelles molécules anti-infectieuses sur microarray : applications à Pseudomonas aeruginosa

Validation and screening of new anti-infective molecules on microarray : applications to Pseudomonas aeruginosa

• Auteur / Autrice : Lucie Dupin
• Direction : Yann Chevolot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie pour le vivant
• Date : Soutenance le 30/05/2016
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Nanotechnologies de Lyon (Ecully, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Jacques Vasseur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yann Chevolot, Benoît Darblade, Gérard Vergoten
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rabah Boukherroub, Olivier Renaudet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse sur microréseau

Pseudomonas aeruginosa

Mots clés libres

Interaction glycocluster/lectine

Microarray

DNA Directed Immobilization (DDI)

Modélisation moléculaire

Glycocluster/lectin interaction

Microarray

DNA Directed Immobilization (DDI)

Molecular simulations

Résumé

Pseudomonas aeruginosa (PA) est la troisième bactérie impliquée dans les maladies nosocomiales et est la principale cause de mortalité des patients atteints de la mucoviscidose. PA est résistante à la plupart des traitements antibiotiques. Trouver de nouvelles stratégies thérapeutiques est devenu un enjeu majeur de santé publique, l’une d’entre elles est l’inhibition de facteurs de virulence. Parmi ceux-ci, les lectines sont des protéines impliquées dans l’adhésion et la formation de biofilm via des interactions avec des sucres (PA-IL, PA- IIL, FliC, FliD, PilA, PilY1 et CupB6).Le but de ce travail est donc de trouver des leurres moléculaires ayant une forte affinité pour ces lectines. Ceux-ci sont des motifs saccharidiques présentés de façon multivalente : glycoclusters. De part leur grande diversité structurale et leur faible quantité, un outil de criblage innovant a été développé qui consiste en une lame de verre microstructurée : le glycocluster-microarray. Les glycoclusters sont immobilisés de manière ordonnée par DNA Directed Immobilization (DDI). Deux méthodes de criblage ont été développées grâce à cet outils : 1) le criblage en solution et par compétition d’une bibliothèque de motifs saccharidiques et 2) le criblage d’une bibliothèque de glycoclusters immobilisés sur le microarray. Avec cet outil, des protocoles de mesures d’IC50 et de Kd ont aussi été fiabilisés pour caractériser les meilleurs candidats inhibiteurs des lectines. Le glycocluster- microarray présente l’avantage de n’utiliser qu’une très faible quantité de matériel (quelques picomoles) et permet de réaliser diverses analyses en parallèle.Afin de valider cet outil, une étude sur l’impact de la densité de surface en glycocluster a été menée. Le criblage de plus de 150 motifs saccharidiques a permis de sélectionner ceux ayant une forte affinité pour les lectines. L’analyse sur microarray complétée par de la modélisation moléculaire d’une bibliothèque de glycoclusters, possédant ces motifs et différentes topologies, valences et propriétés (aromaticité, charge,…), a permis d’identifier les paramètres clés dirigeant les relations structure-affinité. Une activité anti-biofilm chez PA a été démontrée avec les meilleurs glycoclusters ciblant PA-IL.Tester l’activité in vivo, chez l’animal, des meilleurs candidats est une voie à explorer. Cibler d’autres lectines comme celles présentes sur le flagelle et les pili de PA et notamment impliquées dans son adhésion précoce est aussi une voie à développer. Pour cela, des tests préliminaires ont été présentés et d’autres sont en cours faisant appel à l’utilisation de bactéries entières ainsi qu’à une détection sans marquage des lectines.

Summary: Pseudomonas aeruginosa (PA) is the third pathogen involved in nosocomial diseases and the major cause of mortality of cystic fibrosis patients. PA develops resistance to antibiotics treatments. And so, developing new therapeutic strategies is a public health issue. One of the promising strategies is to inhibit virulence factors involved in the adhesion and the biofilm formation of PA. Some of these virulence factors are lectins which interact with sugars (PA-IL, PA-IIL, FliC, FliD, PilA, PilY1 and CupB6).The goal of this work is to find molecular decoys which have a strong affinity for these lectins. These are saccharidic units with a multivalent display: glycoclusters. An innovative screening tool has been developed: the glycocluster-microarray, to study lectin/glycocluster interactions. It is a microstructured glass slide where glycoclusters are immobilized by DNA Directed Immobilization (DDI). Two screening methods have been developed with this microarray: 1) the screening in solution and by competition of a saccharidic units library and2) the screening of a glycoclusters library immobilized on the microarray. Protocols of IC50 and Kd measurements have also been developed with this tool to characterize the best lectins inhibitors. This tool allows to use few amount of material (few picomoles) and to do parallel analysis.To validate the microarray, a study of the impact of glycoclusters surface density has been done. The screening of more than 150 saccharidic units allowed the selection of the ones that display the best affinity forlectins. The analysis, on microarray and molecular simulations, of the glycoclusters library displaying thesesaccharidic units and several topologies, valences and properties (aromaticity, charge,…) enable to identify key parameters of structure-affinity relationships. An anti-biofilm activity has been observed for the best glycoclusters targeting PA-IL.Testing in vivo activity of these best candidates will be explored. Targeting others lectins such as the ones on the flagella and pili of PA and involved in the early adhesion needs also to be developed. To this end, preliminary tests have been showed and some are in progress.