Identification of protein targets of nevirapine reactive metabolites using click chemistry and mass spectrometry-based differential proteomics

Abstract : Adverse drug reactions (ADRs) are undesirable effects caused after administration of a single dose or prolonged administration of drug or result from the combination of two or more drugs. Idiosyncratic drug reaction (IDR) is an adverse reaction that does not occur in most patients treated with a drug and does not involve the therapeutic effect of the drug. IDRs are unpredictable and often life-threatening. Idiosyncratic reaction is dependent on drug chemical characteristics or individual immunological response. IDRs are a major problem for drug development because they are usually not detected during clinical trials. In this study we focused on IDRs of Nevirapine (NVP), which is a non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor used for the treatment of Human Immunodeficiency Virus (HIV) infections. The use of NVP is limited by a relatively high incidence of skin rash. NVP also causes a rash in female Brown Norway (BN) rats, which we use as animal model for this study. Our hypothesis is that idiosyncratic skin reactions associated with NVP treatment are due to post-translational modifications of proteins (e.g., glutathionylation) detectable by MS. The main objective of this study was to identify the proteins that are targeted by a reactive metabolite of Nevirapine in the skin. The specific objectives derived from the general objective were as follow: 1) To implement the click chemistry approach to detect proteins modified by a reactive NVP-Alkyne (NVP-ALK) metabolite. The purpose of using NVP-ALK was to couple it with Biotin using cycloaddition Click Chemistry reaction. 2) To detect protein modification using Western blotting and Mass Spectrometry techniques, which is important to understand the mechanism of NVP induced toxicity. 3) To identify the proteins using MASCOT search engine for protein identification, by comparing obtained spectrum from Mass Spectrometry with theoretical spectrum to find a matching peptide sequence. 4) To test if the drug or drug metabolites can cause harmful effects, as the induction of oxidative stress in cells (via protein glutathionylation). Oxidative stress causes cell damage that mediates signals, which likely induces the immune response. The results showed that Nevirapine is metabolized to a reactive metabolite, which causes protein modification. The extracted protein from the treated BN rats matched 10% of keratin, which implies that keratin was the protein targeted by the NVP-ALK.

Élucidation et identification des différents interacteurs impliqués dans le mécanisme de régulation du LDLR par la protéine PCSK9

Résumé : Les maladies cardiovasculaires représentent la principale cause de mortalité mondiale, soit le tiers des décès annuels selon l’Organisation mondiale de la Santé. L’hypercholestérolémie, caractérisée par une élévation des niveaux plasmatiques de lipoprotéines de faible densité (LDL), est l’un des facteurs de risque majeur pour les maladies cardiovasculaires. La proprotéine convertase subtilisine/kexine type 9 (PCSK9) joue un rôle essentiel dans l’homéostasie du cholestérol sanguin par la régulation des niveaux protéiques du récepteur LDL (LDLR). PCSK9 est capable de se lier au LDLR et favorise l’internalisation et la dégradation du récepteur dans les lysosomes. L’inhibition de PCSK9 s’avère une cible thérapeutique validée pour le traitement de l’hypercholestérolémie et la prévention des maladies cardiovasculaires. Par contre, plusieurs mécanismes responsables de la régulation et la dégradation du complexe PCSK9-LDLR n’ont pas encore été complètement caractérisés comme la régulation par la protéine annexin A2 (AnxA2), un inhibiteur endogène de PCSK9. De plus, plusieurs évidences suggèrent la présence d’une ou plusieurs protéines, encore inconnues, impliquées dans le mécanisme d’action de PCSK9. Celles-ci pourraient réguler l’internalisation et le transport du complexe PCSK9-LDLR vers les lysosomes. Les objectifs de cette thèse sont de mieux définir le rôle et l’impact de l’AnxA2 sur la protéine PCSK9 en plus d’identifier de nouveaux partenaires d’interactions de PCSK9 pour mieux caractériser son mécanisme d’action sur la régulation des niveaux de LDLR. Nous avons démontré que l’inhibition de PCSK9 par l’AnxA2 extracellulaire s’effectue via sa liaison aux domaines M1+M2 de la région C-terminale de PCSK9 et nous avons mis en évidence les premières preuves d’un contrôle intracellulaire de l’AnxA2 sur la traduction de l’ARNm de PCSK9. Nos résultats révèlent une liaison de l’AnxA2 à l’ARN messager de PCSK9 qui cause une répression traductionnelle. Nous avons également identifié la protéine glypican-3 (GPC3) comme un nouveau partenaire d’interaction extracellulaire avec le PCSK9 et intracellulaire avec le complexe PCSK9-LDLR dans le réticulum endoplasmique des cellules HepG2 et Huh7. Nos études démontrent que GPC3 réduit l’activité extracellulaire de PCSK9 en agissant comme un compétiteur du LDLR pour la liaison avec PCSK9. Une meilleure compréhension des mécanismes de régulation et de dégradation du complexe PCKS9-LDLR permettra de mieux évaluer l’impact et l’efficacité des inhibiteurs de la protéine PCSK9.