Etude de l'interaction du TIMP-1 avec ses récepteurs

par Laurie Verzeaux

Projet de thèse en Sciences

Sous la direction de Emmanuelle Charpentier.

Thèses en préparation à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne) , en partenariat avec (MEDYC) Matrice Extra-cellulaire et DYnamique Cellulaire (laboratoire) et de Equipe Protéolyse et Cancer-MEDYC (equipe de recherche) depuis le 11-10-2011 .


  • Résumé

    La matrice extracellulaire est composée de nombreuses protéines telles que le collagène, la fibronectine, ... Cette matrice extracellulaire est en perpétuel renouvellement de part la synthèse par les cellules et la dégradation par les métalloprotéinases matricielles (MMPs). Cette matrice joue un rôle important dans la progression tumorale. In vivo, les MMPs sont régulées par leurs inhibiteurs naturels, les TIMP. Chez l'humain, il existe 4 TIMPs, avec différents profils d'inhibition vis à vis des MMPs. Ces TIMPs pourraient être une alternative des inhibiteurs synthétiques de MMPs, qui ont de nombreux effets indésirables. Cependant, les TIMP-1 ont d'autres activités biologiques, indépendantes de leur activité MMP-inhibitrice. Dans notre laboratoire, nous étudions le TIMP-1. Dans un contexte pathologique, le TIMP-1 présente un rôle paradoxal du fait de sa capacité à inhiber les MMPs (et diminuer la dissémination tumorale et la mort neuronale), mais également d'induire des voies de signalisation cellulaire (provoquant la résistance des cellules cancéreuses aux traitements, ainsi qu'une diminution de la connectivité neuronale). Ces effets indépendants de l'inhibition des MMPs passent par la fixation du TIMP-1 à des complexes récepteurs qui semblent tissus spécifiques. Dans la lignée cellulaire UT-7, nous avons montré que ce complexe récepteur est composé de la pro-MMP-9 et de la glycoprotéine CD44. Dans les cellules épithéliales mammaires, l'intégrine b1 et la glycoprotéine CD63 forment ce complexe récepteur. Récemment, nous avons démontré que le TIMP-1 lie LRP-1 dans les neurones corticaux de souris. Si les régions du TIMP-1 (et les acides aminés) impliqués dans son activité inhibitrice de MMPs sont bien connus, les régions du TIMP-1 impliquées dans ses activités biologiques indépendantes de l'inhibition des MMPs restent à déterminer. Par des approches de bio-informatiques, plus précisément par des études de dynamique moléculaire et des analyses de modes normaux, nous avons pu déterminer les mouvements du TIMP-1. Une région charnière a été identifiée et les acides aminés de cette région ont été mutés afin de perturber ce mouvement. Nous avons produit ces mutants du TIMP-1 et nous allors tester leur capacité à inhiber certaines MMPs, ainsi qu'à induire ou non la survie cellulaire de differentes lignées (MCF10A, MDAMB 231) et la diminution de la connectivité neuronale chez la souris.Nous espérons trouver des mutants qui auront gardé leur capacité à inhiber les MMPs, mais qui auront perdu leur capacité de fixation aux différents complexes récepteurs. Nous voudrions caractériser l'interaction entre le TIMP-1 et les différents récepteurs afin de pouvoir créer de nouvelles molécules capables de bloquer les interactions entre le TIMP-1 et lesdifférents complexes récepteurs.

  • Titre traduit

    Study of TIMP-1 interaction with its receptors


  • Résumé

    The extracellular matrix (ECM) is composed by numerous proteins as collagen, fibronectin… This ECM is in perpetual renewal with a synthesis by cells and a degradation by matrix metalloproteinases (MMPs). This matrix has a major role in cancer development and neurodegenerative diseases. So MMPs are target in the development of new thepapeutic strategies against cancer. In vivo, MMPs are regulated by their natural inhibitors, TIMPs. In human, there are 4 TIMPs, with different inhibitory specificity against MMPs. They could be an alternative for synthetic MMPs inhibitors which have numerous side effects. However TIMPs have also other biological activities, independent of the inhibitory activity. In our laboratory, we study TMP-1. In a pathological context, TIMP-1 is a multifacial protein because it can inhibit MMPs activities (and decrease tumoral dissemination and neuronal death), but TIMP-1 can also improve cell survival and proliferation without inhibit MMPs (inducing the resistance of cancer cells and the decrease of neuronal connexion). These MMPs inhibitory independent effects are mediated by different receptors, which seems to be tissue specific. In UT-7 cell line, we have shown that this receptor is composed by pro-MMP-9 and CD 44. In breast cells, integrin β-1 and CD 63 compose TIMP-1 receptor. Recently, we have demonstrated that TIMP-1 binds LRP-1 in mouse neurons. If regions of TIMP-1 (and amino acids) involved in MMPs inhibitory activites are well known, region involved in MMPs independent biological activities remain to be identified. By bioinformatics approaches, more precisely, by numerical simulation and normal mode analysis, TIMP-1 movements have been hypothesized. A hinge region has been identified and amino acids in this region have been mutated to disturb the movement. We have produced the mutants of TIMP-1 and we have to test their ability to inhibit some MMPs, and to induce, or not, cell survival in different cellular models (MCF 10A, MDA MB 231) and the decrease of neuronal connexion. We hope to find mutants which keep the MMP inhibitory, but which have lost the ability to bind to its different complex receptors. Then, we would like to define the interaction between TIMP-1 and the different receptor. This study will permit us to design new molecules able to block TIMP-1 movement or TIMP-1-receptor interactions involved in survival effects but keeping MMPs inhibitory activity.