Modélisation de récepteurs couplés aux Protéines G

Objectifs scientifiques

Les RCPGs constituent la principale famille de cibles thérapeutiques (30 % des médicaments sur le marché). De nombreuses données expérimentales suggèrent que ces récepteurs fonctionnent sous forme d’homo et/ou d’hétérodimères avec une pharmacologie et une spécificité tissulaire différente de celles des monomères qui les constituent. Nous nous intéressons plus particulièrement à deux dimères d’intérêt pharmacologique : (i) l’association V1B-CRF1 dans l’adaptation au stress, (ii) l’homodimère de Smoothened, un récepteur dérégulé dans de nombreuses tumeurs solides.

Principaux résultats obtenus

Modélisation de l’hétérodimère entre récepteur V1B de la vasopressine et récepteur CRF1 de la corticolibérine

En nous appuyant sur des données de mutagénèse dirigée suggérant un interface impliquant la 4e hélice transmembranaire de chaque récepteur (G. Guillon, IGF Montpellier), nous avons déterminé un modèle moléculaire 3D d’association entre les deux récepteurs [1]. Le récepteur V1B a été modélisé par homologie au récepteur CXCR4 de structure cristallographique connue. La structure cristallographique du domaine transmembranaire du récepteur CRF1 est connue. Le modèle obtenu (Figure 1) est stable après 500 ns de simulation par dynamique moléculaire dans une bicouche phospholipidique hydratée, et est parfaitement compatible avec les données de mutagénèse existantes

Figure 1 : Modèle 3D d’association du récepteur V1B (bleu) avec le récepteur CRF1 (brun). Une première interface engagerait les hélices 1 et 2 (interface 1), une seconde (interface 2) validée expérimentalement engage les hélices 4 et 5 de chaque partenaire.

Le modèle obtenu suggère qu’une seconde interface est possible, et est actuellement en cours de validation expérimentale par mutagenèse dirigée. La connaissance de la structure 3D du dimère va nous permettre de concevoir des antagonistes hétérobivalents ciblant sélectivement l’hétérodimère V1B-CRF1 (Figure 2). Ce type de molécule pourrait conduire à des anxiolytiques bien plus puissants et sélectifs que ceux actuellement sur le marché, par adressage d’un complexe bi-moléculaire tissu-spécifique et uniquement formé en condition de stress.

Figure 2 : Stratégie d’adressage du dimère V1B-CRF1 par connexion covalente d’un antagoniste V1B (bleu) et d’un antagoniste CRF1 (brun) par un bras espaceur covalent (rouge). Le récepteur est enchâssé dans une membrane indiquée par des pointillés gris.
 

Mode de liaison d’antagonistes du récepteur Smoothened

Le récepteur Smoothened (Smo) joue un rôle essentiel dans la transduction de la voie de signalisation Hedgehog (Hh) chez les vertébrés au cours de l’embryogénèse et chez l’adulte. Il constitue une cible privilégiée pour le traitement de tumeurs liées à des mutations de gènes impliqués dans la voie Hh ou associées à une réactivation de cette voie de signalisation [2,3] . Il appartient à la famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). La structure tridimensionnelle du récepteur Smo humain complexé à un anticancéreux en cours de développement clinique vient d’être obtenue. Elle permet de comprendre l’organisation structurale des 7 domaines transmembranaires, démontre qu’il forme un dimère et fait aussi apparaitre une organisation complexe des domaines extracellulaires qui pourraient jouer un rôle majeur dans l’accessibilité de l’antagoniste à son site de liaison. Afin d’expliquer les différences phamacologiques des divers antagonistes (notamment leur sensibilité aux mutants spontanés du récepteur), nous avons docké de nombreux antagonistes de Smo dans la structure cristallographique disponible et montré que certains inhibiteurs sont ancrés profondément dans le récepteur tandis que d’autres restent liés à un second site en surface [2,3]. La série d’antagonistes (MRT-72, MRT-83) co-développé avec notre collaborateur (M. Ruat, ICSN, Gif/Yvette) occupe les deux sites simultanément, ce qui explique sa très grande affinité pour Smo (Figure 3).


Figure 3
: Mode de liaison comparatif de trois antagonistes de Smo: LY2940680 (jaune), SANT-1 (vert), MRT-83 (bleu). Le récepteur est visualisé sous forme de rubans gris.

Références

  1. V1B/CRF1 receptors heterodimers underlying functional synergism associate at TM4-5 interface forming molecular assemblies in living pituitary.
    Mion, J., Boulay, V., Peter, M., Cazals, A., Millan, M.J., Rognan, D., Guillon, G. and Corbani, M. (2014)
    Proc. Natl. Acad. Sci. USA, soumis.

  2. Three dimensional structure of the smoothened receptor: Implications for drug discovery.
    Rognan, D., and Mus-Veteau, I (2014).
    Top Med. Chem., DOI: 10.1007/7355_2014_64

  3. Targeting Smoothened for therapeutic intervation.
    Ruat, M., Hoch, L., Faure, H. and Rognan, D. (2014)
    Trends Pharmacol. Sci., 35:237-246

Collaborations

Collaborations internes

  • Dominique Bonnet (LIT, UMR 7200)

Collaborations externes

  • Martial Ruat (CNRS UMR 9040, Gif/Yvette)
  • Gilles Guillon (Institut de Génomique Fonctionnelle, Montpellier)