Disintegrins: integrin selective ligands which activate integrin-coupled signaling and modulate leukocyte functions

Extracellular matrix proteins and cell adhesion receptors (integrins) play essential roles in the regulation of cell adhesion and migration. Interactions of integrins with the extracellular matrix proteins lead to phosphorylation of several intracellular proteins such as focal adhesion kinase, activating different signaling pathways responsible for the regulation of a variety of cell functions, including cytoskeleton mobilization. Once leukocytes are guided to sites of infection, inflammation, or antigen presentation, integrins can participate in the initiation, maintenance, or termination of the immune and inflammatory responses. The modulation of neutrophil activation through integrin-mediated pathways is important in the homeostatic control of the resolution of inflammatory states. In addition, during recirculation, T lymphocyte movement through distinct microenvironments is mediated by integrins, which are critical for cell cycle, differentiation and gene expression. Disintegrins are a family of low-molecular weight, cysteine-rich peptides first identified in snake venom, usually containing an RGD (Arg-Gly-Asp) motif, which confers the ability to selectively bind to integrins, inhibiting integrin-related functions in different cell systems. In this review we show that, depending on the cell type and the microenvironment, disintegrins are able to antagonize the effects of integrins or to act agonistically by activating integrin-mediated signaling. Disintegrins have proven useful as tools to improve the understanding of the molecular events regulated by integrin signaling in leukocytes and prototypes in order to design therapies able to interfere with integrin-mediated effects.

Novel mechanisms of growth hormone regulation: growth hormone-releasing peptides and ghrelin

Growth hormone secretion is classically modulated by two hypothalamic hormones, growth hormone-releasing hormone and somatostatin. A third pathway was proposed in the last decade, which involves the growth hormone secretagogues. Ghrelin is a novel acylated peptide which is produced mainly by the stomach. It is also synthesized in the hypothalamus and is present in several other tissues. This endogenous growth hormone secretagogue was discovered by reverse pharmacology when a group of synthetic growth hormone-releasing compounds was initially produced, leading to the isolation of an orphan receptor and, finally, to its endogenous ligand. Ghrelin binds to an active receptor to increase growth hormone release and food intake. It is still not known how hypothalamic and circulating ghrelin is involved in the control of growth hormone release. Endogenous ghrelin might act to amplify the basic pattern of growth hormone secretion, optimizing somatotroph responsiveness to growth hormone-releasing hormone. It may activate multiple interdependent intracellular pathways at the somatotroph, involving protein kinase C, protein kinase A and extracellular calcium systems. However, since ghrelin has a greater ability to release growth hormone in vivo, its main site of action is the hypothalamus. In the current review we summarize the available data on the: a) discovery of this peptide, b) mechanisms of action of growth hormone secretagogues and ghrelin and possible physiological role on growth hormone modulation, and c) regulation of growth hormone release in man after intravenous administration of these peptides.

Isolation and characterization of a serine proteinase with thrombin-like activity from the venom of the snake Bothrops asper

A serine proteinase with thrombin-like activity was isolated from the venom of the Central American pit viper Bothrops asper. Isolation was performed by a combination of affinity chromatography on aminobenzamidine-Sepharose and ion-exchange chromatography on DEAE-Sepharose. The enzyme accounts for approximately 0.13% of the venom dry weight and has a molecular mass of 32 kDa as determined by SDS-PAGE, and of 27 kDa as determined by MALDI-TOF mass spectrometry. Its partial amino acid sequence shows high identity with snake venom serine proteinases and a complete identity with a cDNA clone previously sequenced from this species. The N-terminal sequence of the enzyme is VIGGDECNINEHRSLVVLFXSSGFL CAGTLVQDEWVLTAANCDSKNFQ. The enzyme induces clotting of plasma (minimum coagulant dose = 4.1 µg) and fibrinogen (minimum coagulant dose = 4.2 µg) in vitro, and promotes defibrin(ogen)ation in vivo (minimum defibrin(ogen)ating dose = 1.0 µg). In addition, when injected intravenously in mice at doses of 5 and 10 µg, it induces a series of behavioral changes, i.e., loss of the righting reflex, opisthotonus, and intermittent rotations over the long axis of the body, which closely resemble the `gyroxin-like' effect induced by other thrombin-like enzymes from snake venoms.

Antibodies to citrullinated peptides are not associated with the rate of joint destruction in patients with a well-established diagnosis of rheumatoid arthritis

Antibodies to citrullinated peptides are highly specific for rheumatoid arthritis (RA) and represent a significant risk factor for undifferentiated polyarthritis. This prognostic ability may be related to the very diagnostic performance of these autoantibodies, since RA is a more erosive disease than other forms of arthritis. The present study evaluated an association of antibodies to citrullinated peptides and the rate of joint destruction in patients with a well-established diagnosis of RA. Seventy-one patients with RA were evaluated in 1994 and again in 2002 (functional class, joint count, Health Assessment Questionnaire score, hands X-ray). Autoantibodies (rheumatoid factor (RF), anti-perinuclear factor, anti-cyclic citrullinated peptide (CCP) antibodies) and Sharp's index were analyzed blindly. Delta Sharp was calculated as the difference in Sharp's index obtained in 1994 and 2002. During the follow-up the Health Assessment Questionnaire score increased from 0.91 ± 0.74 to 1.39 ± 0.72 (P < 0.001). Similarly, the number of swollen joints increased from 4.6 ± 5.71 to 6.4 ± 4.1 (P = 0.002). The frequency of autoantibodies and anti-CCP titer remained stable; however, serum RF concentration increased from 202.8 ± 357.6 to 416.6 ± 636.5 IU/mL (P = 0.003). Sharp's index increased from 56.7 ± 62.1 to 92.4 ± 80.9 (P < 0.001). No correlation was observed between Delta Sharp and the presence of RF, anti-perinuclear factor, and anti-CCP antibodies at baseline. Antibodies to citrullinated epitopes are specific and early markers for the diagnosis of RA but do not seem to be associated with the rate of joint destruction in patients with a well-established diagnosis of RA.

cDNA and deduced primary structure of basic phospholipase A2 with neurotoxic activity from the venom secretion of the Crotalus durissus collilineatus rattlesnake

To illustrate the construction of precursor complementary DNAs, we isolated mRNAs from whole venom samples. After reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR), we amplified the cDNA coding for a neurotoxic protein, phospholipase A2 D49 (PLA2 D49), from the venom of Crotalus durissus collilineatus (Cdc PLA2). The cDNA encoding Cdc PLA2 from whole venom was sequenced. The deduced amino acid sequence of this cDNA has high overall sequence identity with the group II PLA2 protein family. Cdc PLA2 has 14 cysteine residues capable of forming seven disulfide bonds that characterize this group of PLA2 enzymes. Cdc PLA2 was isolated using conventional Sephadex G75 column chromatography and reverse-phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC). The molecular mass was estimated using matrix-assisted laser desorption ionization-time-of-flight (MALDI-TOF) mass spectrometry. We tested the neuromuscular blocking activities on chick biventer cervicis neuromuscular tissue. Phylogenetic analysis of Cdc PLA2 showed the existence of two lines of N6-PLA2, denominated F24 and S24. Apparently, the sequences of the New World’s N6-F24-PLA2 are similar to those of the agkistrodotoxin from the Asian genus Gloydius. The sequences of N6-S24-PLA2 are similar to the sequence of trimucrotoxin from the genus Protobothrops, found in the Old World.

Pulsed ultrasound therapy accelerates the recovery of skeletal muscle damage induced by Bothrops jararacussu venom

We studied the effect of pulsed ultrasound therapy (UST) and antibothropic polyvalent antivenom (PAV) on the regeneration of mouse extensor digitorum longus muscle following damage by Bothrops jararacussu venom. Animals (Swiss male and female mice weighing 25.0 ± 5.0 g; 5 animals per group) received a perimuscular injection of venom (1 mg/kg) and treatment with UST was started 1 h later (1 min/day, 3 MHz, 0.3 W/cm², pulsed mode). Three and 28 days after injection, muscles were dissected and processed for light microscopy. The venom caused complete degeneration of muscle fibers. UST alone and combined with PAV (1.0 mL/kg) partially protected these fibers, whereas muscles receiving no treatment showed disorganized fascicules and fibers with reduced diameter. Treatment with UST and PAV decreased the effects of the venom on creatine kinase content and motor activity (approximately 75 and 48%, respectively). Sonication of the venom solution immediately before application decreased the in vivo and ex vivo myotoxic activities (approximately 60 and 50%, respectively). The present data show that UST counteracts some effects of B. jararacussu venom, causing structural and functional improvement of the regenerated muscle after venom injury.

Antimicrobial peptides and nitric oxide production by neutrophils from periodontitis subjects

Neutrophils play an important role in periodontitis by producing nitric oxide (NO) and antimicrobial peptides, molecules with microbicidal activity via oxygen-dependent and -independent mechanisms, respectively. It is unknown whether variation in the production of antimicrobial peptides such as LL-37, human neutrophil peptides (HNP) 1-3, and NO by neutrophils influences the pathogenesis of periodontal diseases. We compared the production of these peptides and NO by lipopolysaccharide (LPS)-stimulated neutrophils isolated from healthy subjects and from patients with periodontitis. Peripheral blood neutrophils were cultured with or without Aggregatibacter actinomycetemcomitans-LPS (Aa-LPS), Porphyromonas gingivalis-LPS (Pg-LPS) and Escherichia coli-LPS (Ec-LPS). qRT-PCR was used to determine quantities of HNP 1-3 and LL-37 mRNA in neutrophils. Amounts of HNP 1-3 and LL-37 proteins in the cell culture supernatants were also determined by ELISA. In addition, NO levels in neutrophil culture supernatants were quantitated by the Griess reaction. Neutrophils from periodontitis patients cultured with Aa-LPS, Pg-LPS and Ec-LPS expressed higher HNP 1-3 mRNA than neutrophils from healthy subjects. LL-37 mRNA expression was higher in neutrophils from patients stimulated with Aa-LPS. Neutrophils from periodontitis patients produced significantly higher LL-37 protein levels than neutrophils from healthy subjects when stimulated with Pg-LPS and Ec-LPS, but no difference was observed in HNP 1-3 production. Neutrophils from periodontitis patients cultured or not with Pg-LPS and Ec-LPS produced significantly lower NO levels than neutrophils from healthy subjects. The significant differences in the production of LL-37 and NO between neutrophils from healthy and periodontitis subjects indicate that production of these molecules might influence individual susceptibility to important periodontal pathogens.

Production optimization and characterization of immunomodulatory peptides obtained from fermented goat placenta

The goat placental immunomodulatory peptides were produced by fermentation with Aspergillus Niger. The objective of the present study was to investigate the effects of fermentation parameters (carbon source content, pH, and time) on spleen lymphocyte proliferation for the highest immune activity of the fermentation broth using response surface methodology (RSM). According to the data analysis by the Design-Expert® software, the stimulation index value (23.51%), which is the maximum immune activity, was obtained under the following conditions: content of carbon source 1.97 g·L-1, initial pH 5.0, and 74.43 h of fermentation time. Under the optimized fermentation conditions, at a certain concentration range, the fermentation broth produced a significant effect on the proliferation of mouse spleen lymphocytes. Ultrafiltration technique was performed to separate the fermentation broth with different MW (molecular weight). It was found that peptides in the range of <10 KDa were the main bioactivity fractions for the immunomodulatory and antioxidant activities.

SYNTHESIS OF CYCLIC AZOBENZENE ANALOGUES FOR INCORPORATION INTO OLIGONUCLEOTIDES, PEPTIDES AND POLYMERS

(A) In recent years, considerable amount of effort has contributed towards enhancing our understanding of the new photoswitch, cyclic azobenzene, particularly from the theoretical point of view. However, the challenging part with this system was poor efficiency of its synthesis from 2,2’- dinitrodibenzyl and lack of effective methods for further modification which would be useful to incorporate this system into biomolecules as a photoswitch. We report the synthesis of cyclic azobenzene and analogues from 2,2’-dinitrodibenzyl, which would allow for further incorporation of this cyclic azobenzene into biomolecules. Reaction of 2,2’-dinitrodibenzyl with zinc metal powder in the presence of triethylammonium formate buffer (pH-9.5) gave a cyclic azoxybenzene, 11,12-dihydrodibenzo[c,g][1,2]diazocine-5-oxide. The latter compound was converted into cyclic azobenzene analogues (bromo-, chloro-, cyano-, and carboxyl) through subsequent transformations. The carboxylic acid analogue was reacted with D-threoninol to give the corresponding amide, which readily undergoes photo-isomerization upon illumination with light. Upon illumination with light at 400 nm, approximately 70% of cis- isomer of amide was isomerized to trans- isomer. It was observed that cis- to trans- isomerization reached the maximum steady state of light transmission after approximately 40 min, whereas the trans- to cis- isomerization approximately acquired in 2 h to regain full recovery of light transmission. Cyclic azobenzene phosphoramidite was synthesized from DMT-protected D-threoninol linked cyclic azobenzene. (B) In recent years, there has been considerable interest invested towards the synthesis of azobenzene analogues for incorporation into proteins. Among the many azobenzene analogues, the synthesis of bi-functional cyclic azobenzene analogues for the incorporation into proteins is relatively new. In this thesis, we report the synthesis of a cyclic azobenzene biscarboxylic acid from 4-(bromomethyl)benzonitrile. (C) Azobenzene has been widely used in the field of polymer science to study the surface morphology and surface properties of polymers. In this thesis, we report the incorporation of cyclic azobenzene into a commercial polymer 2- (hydroxyethyl)methacrylate. Samples collected after 24 h from the reaction solution showed approximately 9% of incorporation of cyclic azobenzene into polymer compared to samples collected after 10 h, which showed approximately 6% incorporation.

Peptides vasoactifs endogènes dans la prolifération accrue des cellules musculaires lisses vasculaires de rats spontanément hypertendus: rôle des facteurs de croissance.

Contribuant à la pathophysiologie des maladies vasculaires comme dans le cas de l’hypertension, le remodelage vasculaire est associé à une altération de la croissance des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) (prolifération, taille, etc.). Or la prolifération des CMLV est augmentée par les peptides vasoactifs tels que l’angiotensine II (AngII) et l’endothéline-1 (ET-1). Ces peptides étant surexprimés lors de l’hypertension, cette étude fut entreprise pour déterminer leur contribution endogène ainsi que celles du facteur de croissance épidermique (EGF), du facteur de croissance insulinique (IGF-1) et du facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF) à la prolifération accrue des CMLV et aux mécanismes sous-jacents. Des CMLV A-10 et des CMLV de rats WKY et SHR âgés de 12 semaines ont été utilisées pour cette étude. La prolifération cellulaire fut déterminée par incorporation de [3H]thymidine. La phosphorylation de ERK 1/2 et du récepteur de EGF fut déterminée par immunobuvardage. Les CMLV de SHR, comparées à celles de WKY, ont montré une prolifération accrue qui fut atténuée par le losartan, un antagoniste du récepteur AT1 de l’AngII et par le BQ-123 et le BQ-788, antagonistes des récepteurs ETA et ETB de l’ET-1. La prolifération accrue des CMLV de SHR fut ramenée à celle des WKY par les inhibiteurs des récepteurs au PDGF (AG-1295), au IGF-1 (AG-1024) et au EGF (AG-1478). La phosphorylation du récepteur au EGF, accrue dans les CMLV de rats SHR comparée à celle des WKY, fut atténuée par le losartan, le BQ-123, le BQ-788 et l’AG-1478, mais ne fut pas atténuée par l’AG-1295 et l’AG-1024. De plus, la phosphorylation accrue de ERK 1/2 dans les CMLV de rats SHR fut atténuée par le losartan, le BQ-123, le BQ-788 et les inhibiteurs des récepteurs aux facteurs de croissance. Parallèlement, le rôle de la transactivation de EGF-R dans la prolifération accrue induite par AngII et ET-1 fut aussi examiné dans les CMLV A-10. L’augmentation, induite par AngII et ET-1, de la prolifération et de la phosphorylation de ERK 1/2 dans les CMLV A-10 fut ramenée au niveau contrôle par AG-1478. Ces données suggèrent que les peptides vasoactifs endogènes induisent la prolifération accrue des CMLV par la signalisation des MAP kinases résultant de la transactivation de EGF-R.

Mécanismes moléculaires d’activation du récepteur A des peptides natriurétiques

Le récepteur A des peptides natriurétiques (NPRA) fait partie de la famille des guanylates cyclases membranaires. L’activation du NPRA par ses agonistes naturels, ANP et BNP, induit une production de GMPc qui est responsable de leur rôle dans l’homéostasie cardiovasculaire, l’inhibition de l’hypertrophie et de la fibrose cardiaques et la régulation de la lipolyse. Le NPRA est un homodimère non covalent composé d’un domaine extracellulaire de liaison du ligand (ECD), d’un unique domaine transmembranaire (TM), d’un domaine d’homologie aux kinases et d’un domaine guanylate cyclase. Bien que le NPRA ait un rôle physiologique important, les mécanismes moléculaires régissant son processus d’activation restent inconnus. Nous avons donc analysé les premières étapes du processus d’activation du NPRA. Nous avons d'abord étudié le rôle de la dimérisation des ECD dans l’activation du récepteur. Nous avons utilisé les techniques de liaison de radioligand, de FRET et de modélisation moléculaire, pour caractériser la liaison à l’ECD des agonistes naturels, d’un superagoniste et d’un antagoniste. L’ANP se lie à un dimère d’ECD préformé et la dimérisation spontanée est l’étape limitante du processus de liaison. De plus, comme le démontrent nos études de FRET, tous les peptides, incluant l’antagoniste, stabilisent le récepteur sous sa forme dimérique. Cependant, l’antagoniste A71915 stabilise le dimère d’ECD dans une conformation différente de celle induite par l’ANP. La dimérisation du NPRA semble donc nécessaire, mais non suffisante à l’activation du récepteur. L’état d’activation du NPRA dépend plutôt de l’orientation des sous unités dans le dimère. Nous avons ensuite étudié le mécanisme moléculaire de transduction du signal à travers la membrane. Plusieurs études ont suggéré que l’activation du NPRA implique un changement de conformation du domaine juxtamembranaire (JM). Cependant, les études de cristallographie de l’ECD soluble de NPRA n’ont pas permis de documenter la structure du JM et le changement de conformation impliqué dans la transduction du signal reste inconnu. Pour analyser ce changement de conformation, nous avons d’abord séquentiellement substitué les neuf acides aminés du JM par une cystéine. En étudiant la capacité des mutants à former des dimères covalents de façon constitutive ou induite par l’ANP, nous avons pu évaluer la proximité relative des résidus du JM, avant et après activation du NPRA. Ces résultats ont démontré la proximité élevée de certains résidus spécifiques et sont en contradiction avec les données cristallographiques. Nous avons également démontré que le domaine intracellulaire impose une contrainte conformationnelle au JM à l’état de base, qui est levée après liaison de l’ANP. En introduisant de 1 à 5 alanines dans l’hélice-α transmembranaire, nous avons montré qu’une rotation des TM de 40° induit une activation constitutive du NPRA. Le signal d’activation pourrait donc être transmis à travers la membrane par un mécanisme de rotation des TM. En utilisant nos données expérimentales, nous avons généré le premier modèle moléculaire illustrant la conformation active du NPRA, où les domaines JM et TM sont représentés. Dans son ensemble, cette étude apporte une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires régissant les premières étapes du processus complexe d’activation du NPRA.

Étude de la pharmacologie de ligands du récepteur EP4 de prostaglandine E2

La prostaglandine E2 est une hormone lipidique produite abondamment dans le corps, incluant dans le rein où elle agit localement pour réguler les fonctions rénales. Un couplage à la protéine Gαs menant à une production d’AMPc a classiquement été attribué au récepteur EP4 de PGE2. La signalisation d’EP4 s’est cependant avérée plus complexe et implique aussi un couplage aux protéines sensibles à la PTX Gαi et des effets reliés aux β-arrestines. Il y a maintenant plusieurs exemples de l’activation sélective de voies de signalisation indépendantes par des ligands des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), et ce concept désigné sélectivité fonctionnelle pourrait être exploité dans le développement de nouveaux médicaments plus spécifiques et efficaces. Dans une première étude, la puissance et l’activité intrinsèque d’une série de ligands d’EP4 pour l’activation de Gαs, Gαi et de la ß-arrestine ont été systématiquement déterminées relativement au ligand endogène PGE2. Dans ce but, trois essais de transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET) ont été adaptés pour évaluer les différentes voies dans des cellules vivantes. Nos résultats montrent une sélectivité fonctionnelle importante parmi les agonistes évalués et ont une implication pour l’utilisation d’analogues de la PGE2 dans un contexte expérimental et possiblement clinique, puisque leur spectre d’activité diffère de l’agoniste naturel. La méthodologie basée sur le BRET utilisée lors de cette première évaluation systématique d’une série d’agonistes d’EP4 devrait être applicable à l’étude d’autres RCPG. Dans une deuxième étude, des peptides reproduisant des régions juxtamembranaires extracellulaires du récepteur EP4 ont été conçus selon le raisonnement que des peptides ciblant des régions éloignées du site de liaison du ligand naturel ont le potentiel de ne moduler qu’une partie des activités du récepteur. L’insuffisance rénale aiguë est une complication médicale grave caractérisée par un déclin brusque et soutenu de la fonction rénale et pour laquelle il n’y a pas de traitement efficace à l’heure actuelle. Nos résultats montrent que le peptidomimétique dérivé d’EP4 optimisé (THG213.29) améliore significativement les fonctions rénales et les changements histologiques dans une insuffisance rénale aiguë induite par cisplatine ou par occlusion des artères rénales dans des rats Sprague-Dawley. Le THG213.29 ne compétitionnait pas la liaison de la PGE2 à EP4, mais modulait la cinétique de dissociation de la PGE2, suggérant une liaison à un site allostérique d’EP4. Le THG213.29 démontrait une sélectivité fonctionnelle, puisqu’il inhibait partiellement la production d’AMPc induite par EP4 mais n’affectait pas l’activation de Gαi ou le recrutement de la ß-arrestine. Nos résultats indiquent que le THG213.29 représente une nouvelle classe d’agent diurétique possédant les propriétés d’un modulateur allostérique non-compétitif des fonctions du récepteur EP4 pour l’amélioration des fonctions rénales suite à une insuffisance rénale aiguë.

Identification des peptides du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I par spectrométrie de masse

L’immunité adaptive et la discrimination entre le soi et le non-soi chez les vertébrés à mâchoire reposent sur la présentation de peptides par les récepteurs d’histocompatibilité majeur de classe I. Les peptides antigéniques, présentés par les molécules du complexe d’histocompatibilité (CMH), sont scrutés par les lymphocytes T CD8 pour une réponse immunitaire appropriée. Le répertoire des peptides du CMH de classe I, aussi appelé immunopeptidome, est généré par la dégradation protéosomale des protéines endogènes, et a un rôle essentiel dans la régulation de l’immunité cellulaire. La composition de l’immunopeptidome dépend du type de cellule et peut présenter des caractéristiques liées à des maladies comme le cancer. Les peptides antigéniques peuvent être utilisés à des fins immunothérapeutiques notamment dans le traitement voire la prévention de certains cancers. La spectrométrie de masse est un outil de choix pour l’identification, le séquençage et la caractérisation de ces peptides. Cependant, la composition en acides aminés, la faible abondance et la diversité de ces peptides compliquent leur détection et leur séquençage. Nous avons développé un programme appelé StatPeaks qui permet de calculer un certains nombres de statistiques relatives à la fragmentation des peptides. À l’aide de ce programme, nous montrons sans équivoque que les peptides du CMH classe I, en mode de fragmentation par dissociation induite par collision (CID), fragmentent très différemment des peptides trypsiques communément utilisés en protéomique. Néanmoins, la fragmentation par décomposition induite par collision à plus haute énergie (HCD) proposée par le spectromètre LTQ-Orbitrap Velos améliore la fragmentation et fournit une haute résolution qui permet d’obtenir une meilleure confiance dans l’identification des peptides du CMH de classe I. Cet avantage permet d’effectuer le séquençage de novo pour identifier les variants polymorphes qui ne sont normalement pas identifiés par les recherches utilisant des bases de données. La comparaison des programmes de séquençage Lutefisk, pepNovo, pNovo, Vonode et Peaks met en évidence que le dernier permet d’identifier un plus grand nombre de peptides du CMH de classe I. Ce programme est intégré dans une chaîne de traitement de recherche d’antigènes mineurs d’histocompatibilité. Enfin, une base de données contenant les informations spectrales de plusieurs centaines de peptides du CMH de classe I accessible par Internet a été développée.

Synthèse et caractérisation physicochimique de peptides de polyglutamines

Neuf maladies neurodégénératives sont le produit de l’expression de gènes mutés, dans lesquels le codon CAG est répété au-delà d’un seuil pathologique. Ceci produit des protéines mutantes dans lesquelles sont insérés des segments de polyglutamines (polyGln), qui perdent leur activité et acquièrent une nouvelle fonction, ce qui est toxique pour le neurone. Ces altérations sont attribuables aux propriétés particulières de la polyGln. En effet, ces dernières possèdent la capacité de s’assembler pour former des corps d’inclusion intracellulaires. Cette propension à l’agrégation de la polyGln rend difficile l’étude de ces pathologies. C’est ainsi que l’utilisation de peptides peut s’avérer une approche avantageuse. Toutefois, la synthèse de polyGln est associée à de nombreuses délétions et nécessite l’ajout de groupements chargés afin de permettre leur purification. Cependant, ce prérequis donne lieu à des interactions électrostatiques qui biaisent la structure et la cinétique d’agrégation de ces peptides, en plus d’interférer avec l’évaluation d’éventuels agents thérapeutiques. L’objectif du projet est de développer un système permettant l’étude de la polyGln en s’affranchissant des effets de charges. Pour ce faire, deux approches ont été explorées, la première utilise la polyGln non chargée et la seconde utilise une structure polyGln-morpholine ayant des charges labiles en fonction du pH. Ces peptides ont été produits en utilisant une approche linéaire de synthèse peptidique sur support solide avec protection maximale des chaînes latérales. La purification a été effectuée par chromatographie de haute performance en phase inverse en milieu acide. Ces stratégies ont permis de produire des peptides de polyGln de grande pureté avec des rendements acceptables. Une procédure de solubilisation des peptides alliant sonication et lyophilisation a été développée afin d’étudier chacun de ces peptides à l’aide de diverses techniques physicochimiques, telles que la diffusion de la lumière, la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire, Raman et UV-visible, le dichroïsme circulaire et la microscopie optique polarisée. La polyGln non chargée solubilisée dans le trifluoroéthanol-eau a montré que la taille des particules et la vitesse d’agrégation sont proportionnelles à la fraction volumique en eau. De plus, la structure secondaire en solution est à prédominance alpha et semble être peu sensible à la fraction d’eau jusqu’à un certain seuil (25%) après lequel la structure aléatoire prédomine. L’analyse des agrégats à l’état solide montre des structures hélicoïdales > aléatoires et ont les caractéristiques des fibrilles amyloïdes. Le peptide de polyGln-morpholines a un pKa de 7,3 en milieu aqueux. Il demeure en solution lorsque le pH < pKa et à faible force ionique, alors qu’il s’autoassemble lorsque ces conditions ne sont pas respectées. Ceci suggère que la répulsion électrostatique est responsable de la stabilisation du peptide en solution. La dimension fractale nous indique que le peptide forme des agrégats compacts dont les constituants ont une taille de 2,5 nm, compatibles avec une conformation aléatoire compacte, en coude bêta ou hélicoïdale. Ceci est en accord avec l’étude structurale des peptides en solution qui a montré des espèces aléatoires > bêta > alpha. De plus, en RMN, l’élargissement des signaux du 1Hγ en cours d’agrégation suggère une interaction via les chaînes latérales. Les analyses en phase solide ont plutôt montré une prédominance de structures bêta et alpha. L’inhibition de l’agrégation à pH 8 varie selon rouge de Congo > tréhalose, alors que le peptide liant la polyGln 1 et la thioflavine T ne semble pas avoir d’effet. Ces approches ont donc permis pour la première fois de s’affranchir des effets de charges auparavant inhérents à l’étude de la polyGln en solution et par conséquent d’obtenir des informations inédites quant à la solubilité, la structure et la cinétique d’agrégation. Enfin, le dispositif à charges labiles permet d’évaluer l’efficacité d’éventuels agents thérapeutiques à pH quasi physiologique.