Découverte d'inhibiteurs de la dihydrofolate réductase R67 impliquée dans la résistance au triméthoprime.

Le triméthoprime (TMP) est un antibiotique communément utilisé depuis les années 60. Le TMP est un inhibiteur de la dihydrofolate réductase (DHFR) bactérienne chromosomale. Cette enzyme est responsable de la réduction du dihydrofolate (DHF) en tétrahydrofolate (THF) chez les bactéries, qui lui, est essentiel à la synthèse des purines et ainsi, à la prolifération cellulaire. La résistance bactérienne au TMP est documentée depuis plus de 30 ans. Une des causes de cette résistance provient du fait que certaines souches bactériennes expriment une DHFR plasmidique, la DHFR R67. La DHFR R67 n'est pas affectée par le TMP, et peut ainsi remplacer la DHFR chromosomale lorsque celle-ci est inhibée par le TMP. À ce jour, aucun inhibiteur spécifique de la DHFR R67 est connu. En découvrant des inhibiteurs contre la DHFR R67, il serait possible de lever la résistance au TMP que la DHFR R67 confère aux bactéries. Afin de découvrir des inhibiteurs de DHFR R67, les approches de design à base de fragments et de criblage virtuel ont été choisies. L'approche de design à base de fragments a permis d'identifier sept composés simples et de faible poids moléculaire (fragments) inhibant faiblement la DHFR R67. À partir de ces fragments, des composés plus complexes et symétriques, inhibant la DHFR R67 dans l'ordre du micromolaire, ont été élaborés. Des études cinétiques ont montré que ces inhibiteurs sont compétitifs et qu'au moins deux molécules se lient simultanément dans le site actif de la DHFR R67. L'étude d'analogues des inhibiteurs micromolaires de la DHFR R67 a permis de déterminer que la présence de groupements carboxylate, benzimidazole et que la longueur des molécules influencent la puissance des inhibiteurs. Une étude par arrimage moléculaire, appuyée par les résultats in vitro, a permis d'élaborer un modèle qui suggère que les résidus Lys32, Gln67 et Ile68 seraient impliqués dans la liaison avec les inhibiteurs. Le criblage virtuel de la librairie de 80 000 composés de Maybridge avec le logiciel Moldock, et les essais d'inhibition in vitro des meilleurs candidats, a permis d'identifier quatre inhibiteurs micromolaires appartenant à des familles distinctes des composés précédemment identifiés. Un second criblage virtuel, d'une banque de 6 millions de composés, a permis d'identifier trois inhibiteurs micromolaires toujours distincts. Ces résultats offrent la base à partir de laquelle il sera possible de développer iv des composés plus efficaces et possédant des propriétés phamacologiquement acceptables dans le but de développer un antibiotique pouvant lever la résistance au TMP conféré par la DHFR R67.

Inhibition réversible et photomarquage de la transglutaminase tissulaire

La transglutaminase tissulaire est une enzyme dépendante du calcium qui catalyse la formation de liens isopeptidiques, entre les chaînes latérales de résidus glutamine et lysine, permettant, par le fait même, la réticulation des protéines dans les systèmes biologiques. Elle joue un rôle, entre autres, dans l’endocytose, la régulation du développement des cellules, et même dans l’apoptose. Néanmoins, une dérégulation de l’activité biologique de cette enzyme peut entrainer différentes pathologies, comme la formation de cataractes, de plaques amyloïdes dans la maladie d’Alzheimer, ou encore peut mener au développement de la maladie céliaque. C’est pourquoi une meilleure connaissance du mécanisme d’action de cette enzyme et la possibilité de réguler son action à l’aide de substrats ou d’inhibiteurs sont nécessaires. Dans cette optique, une méthode d’expression et de purification de la transglutaminase humaine a été développée, permettant de travailler directement avec la cible pharmacologique désirée. De plus, une étude du mode d’inhibition et de liaison d’une classe d’inhibiteurs réversibles précédemment découverte dans le groupe, soit la famille des trans-cinnamoyles, a permis d’identifier que la puissance de ces molécules est influencée par la présence du calcium et qu’une inhibition dépendante du temps est observée, en lien avec un potentiel équilibre conformationnel lent de la transglutaminase. D’un autre côté, la susceptibilité à une attaque nucléophile par des thiols de cette classe de molécule rend leur potentiel pharmacologique grandement diminué, et c’est pourquoi une nouvelle famille de molécules a été identifiée, basée sur un squelette ynone, avec une valeur d’IC50 très prometteuse de 2,6 μM, en faisant un des meilleurs inhibiteurs réversibles de la transglutaminase développés à ce jour. Finalement, une stratégie de photomarquage jumelée à une analyse de spectrométrie de masse en tandem a été développée pour la découverte du site de liaison du substrat dérivé de la lysine, dans le but de mieux comprendre le mécanisme complexe de cette enzyme.

Étude fonctionnelle d’un nouveau complexe multi-enzymatique régulant l’épigénome

L’ubiquitination, une modification post-traductionnelle importante pour le contrôle de nombreux processus cellulaires, est une réaction réversible. La réaction inverse, nommée déubiquitination est catalysée par les déubiquitinases (DUB). Nous nous sommes intéressés dans nos travaux à étudier l’ubiquitination de l’histone H2A (H2Aub), au niveau des résidus lysines 118 et 119 (K118/K119), une marque épigénétique impliquée dans la régulation de la prolifération cellulaire et la réparation de l’ADN. Le régulateur transcriptionnel BAP1, une déubiquitinase nucléaire, a été initialement identifié pour sa capacité à promouvoir la fonction suppressive de tumeurs de BRCA1. BAP1 forme un complexe multi-protéique avec plusieurs facteurs transcriptionnels et sa fonction principale est la déubiquitination de H2Aub. Plusieurs études ont démontré que BAP1 est un gène suppresseur de tumeurs majeur et qu’il est largement muté et inactivé dans une multitude de cancers. En effet, BAP1 émerge comme étant la DUB la plus mutée au niveau des cancers. Cependant, le ou les mécanismes d’action et de régulation du complexe BAP1 restent très peu connus. Dans cette étude nous nous sommes intéressés à la caractérisation moléculaire et fonctionnelle des partenaires protéiques de BAP1. De manière significative nous avons caractérisé un mécanisme unique de régulation entre deux composants majeurs du complexe BAP1 à savoir, HCF-1 et OGT. En effet, nous avons démontré que HCF-1 est requis pour maintenir le niveau protéique de OGT et que cette dernière est indispensable pour la maturation protéolytique de HCF-1 en promouvant son clivage par O-GlcNAcylation, une signalisation cellulaire nécessaire au bon fonctionnement de HCF-1. Également, nous avons découvert un nouveau mécanisme de régulation de BAP1 par l’ubiquitine ligase atypique UBE2O. En effet, UBE2O agit comme un régulateur négatif de BAP1 puisque l’ubiquitination de ce dernier induit sa séquestration dans le cytoplasme et l’inhibition de sa fonction suppressive de tumeurs. D’autre part nous nous sommes penchés sur la caractérisation de l’association de BAP1 avec deux facteurs de la famille des protéines Polycombes nommés ASXL1 et ASXL2 (ASXL1/2). Nous avons investigué le rôle de BAP1/ASXL1/2, particulièrement dans les mécanismes de déubiquitination et suppression de tumeurs. Nous avons démontré que BAP1 interagit directement iii via son domaine C-terminale avec le même domaine ASXM de ASXL1/2 formant ainsi deux complexes mutuellement exclusifs indispensables pour induire l’activité déubiquitinase de BAP1. De manière significative, ASXM s’associe avec BAP1 pour créer un nouveau domaine composite de liaison à l’ubiquitine. Ces interactions BAP1/ASXL1/2 régulent la progression harmonieuse du cycle cellulaire. De plus, la surexpression de BAP1 et de ASXL2 au niveau des fibroblastes induit la sénescence de manière dépendante de leurs interactions. D’autre part, nous avons identifié des mutations de cancers au niveau de BAP1 le rendant incapable de lier ASXL1/2, d’exercer sa fonction d’autodéubiquitination et de ce fait d’agir comme suppresseur de tumeurs. Ainsi nous avons révélé un lien étroit entre le gène suppresseur de tumeurs BAP1, son activité déubiquitinase et le contrôle de la prolifération cellulaire.

Étude fonctionnelle d’un nouveau complexe multi-enzymatique régulant l’épigénome

L’ubiquitination, une modification post-traductionnelle importante pour le contrôle de nombreux processus cellulaires, est une réaction réversible. La réaction inverse, nommée déubiquitination est catalysée par les déubiquitinases (DUB). Nous nous sommes intéressés dans nos travaux à étudier l’ubiquitination de l’histone H2A (H2Aub), au niveau des résidus lysines 118 et 119 (K118/K119), une marque épigénétique impliquée dans la régulation de la prolifération cellulaire et la réparation de l’ADN. Le régulateur transcriptionnel BAP1, une déubiquitinase nucléaire, a été initialement identifié pour sa capacité à promouvoir la fonction suppressive de tumeurs de BRCA1. BAP1 forme un complexe multi-protéique avec plusieurs facteurs transcriptionnels et sa fonction principale est la déubiquitination de H2Aub. Plusieurs études ont démontré que BAP1 est un gène suppresseur de tumeurs majeur et qu’il est largement muté et inactivé dans une multitude de cancers. En effet, BAP1 émerge comme étant la DUB la plus mutée au niveau des cancers. Cependant, le ou les mécanismes d’action et de régulation du complexe BAP1 restent très peu connus. Dans cette étude nous nous sommes intéressés à la caractérisation moléculaire et fonctionnelle des partenaires protéiques de BAP1. De manière significative nous avons caractérisé un mécanisme unique de régulation entre deux composants majeurs du complexe BAP1 à savoir, HCF-1 et OGT. En effet, nous avons démontré que HCF-1 est requis pour maintenir le niveau protéique de OGT et que cette dernière est indispensable pour la maturation protéolytique de HCF-1 en promouvant son clivage par O-GlcNAcylation, une signalisation cellulaire nécessaire au bon fonctionnement de HCF-1. Également, nous avons découvert un nouveau mécanisme de régulation de BAP1 par l’ubiquitine ligase atypique UBE2O. En effet, UBE2O agit comme un régulateur négatif de BAP1 puisque l’ubiquitination de ce dernier induit sa séquestration dans le cytoplasme et l’inhibition de sa fonction suppressive de tumeurs. D’autre part nous nous sommes penchés sur la caractérisation de l’association de BAP1 avec deux facteurs de la famille des protéines Polycombes nommés ASXL1 et ASXL2 (ASXL1/2). Nous avons investigué le rôle de BAP1/ASXL1/2, particulièrement dans les mécanismes de déubiquitination et suppression de tumeurs. Nous avons démontré que BAP1 interagit directement iii via son domaine C-terminale avec le même domaine ASXM de ASXL1/2 formant ainsi deux complexes mutuellement exclusifs indispensables pour induire l’activité déubiquitinase de BAP1. De manière significative, ASXM s’associe avec BAP1 pour créer un nouveau domaine composite de liaison à l’ubiquitine. Ces interactions BAP1/ASXL1/2 régulent la progression harmonieuse du cycle cellulaire. De plus, la surexpression de BAP1 et de ASXL2 au niveau des fibroblastes induit la sénescence de manière dépendante de leurs interactions. D’autre part, nous avons identifié des mutations de cancers au niveau de BAP1 le rendant incapable de lier ASXL1/2, d’exercer sa fonction d’autodéubiquitination et de ce fait d’agir comme suppresseur de tumeurs. Ainsi nous avons révélé un lien étroit entre le gène suppresseur de tumeurs BAP1, son activité déubiquitinase et le contrôle de la prolifération cellulaire.

Inhibition of myeloperoxidase-mediated hypochlorous acid production by nitroxides

Tissue damage resulting from the extracellular production of HOCl (hypochlorous acid) by the MPO (myeloperoxidase)-hydrogen peroxide-chloride system of activated phagocytes is implicated as a key event in the progression of a number of human inflammatory diseases. Consequently, there is considerable interest in the development of therapeutically useful MPO inhibitors. Nitroxides are well established antioxidant compounds of low toxicity that can attenuate oxidative damage in animal models of inflammatory disease. They are believed to exert protective effects principally by acting as superoxide dismutase mimetics or radical scavengers. However, we show here that nitroxides can also potently inhibit MPO-mediated HOCl production, with the nitroxide 4-aminoTEMPO inhibiting HOCl production by MPO and by neutrophils with IC50 values of approx. 1 and 6 μM respectively. Structure–activity relationships were determined for a range of aliphatic and aromatic nitroxides, and inhibition of oxidative damage to two biologically-important protein targets (albumin and perlecan) are demonstrated. Inhibition was shown to involve one-electron oxidation of the nitroxides by the compound I form of MPO and accumulation of compound II. Haem destruction was also observed with some nitroxides. Inhibition of neutrophil HOCl production by nitroxides was antagonized by neutrophil-derived superoxide, with this attributed to superoxide-mediated reduction of compound II. This effect was marginal with 4-aminoTEMPO, probably due to the efficient superoxide dismutase-mimetic activity of this nitroxide. Overall, these data indicate that nitroxides have considerable promise as therapeutic agents for the inhibition of MPO-mediated damage in inflammatory diseases.

Effect of poly(acrylic acid) end-group functionality on inhibition of calcium oxalate crystal growth

A number of series of poly(acrylic acids) (PAA) of differing end-groups and molecular weights prepared using atom transfer radical polymerization were used as inhibitors for the crystallization of calcium oxalate at 23 and 80°C. As measured by turbidimetry and conductivity and as expected from previous reports, all PAA series were most effective for inhibition of crystallization at molecular weights of 1500–4000. However, the extent of inhibition was in general strongly dependent on the hydrophobicity and molecular weight of the end-group. These results may be explicable in terms of adsorption/desorption of PAA to growth sites on crystallites. The overall effectiveness of the series didn't follow a simple trend with end-group hydrophobicity, suggesting self-assembly behavior or a balance between adsorption and desorption rates to crystallite surfaces may be critical in the mechanism of inhibition of calcium oxalate crystallization.

In vivo knockdown of the androgen receptor results in growth inhibition and regression of well-established, castration-resistant prostate tumours

Purpose: Progression to the castration-resistant state is the incurable and lethal end stage of prostate cancer, and there is strong evidence that androgen receptor (AR) still plays a central role in this process. We hypothesize that knocking down AR will have a major effect on inhibiting growth of castration-resistant tumors. Experimental Design: Castration-resistant C4-2 human prostate cancer cells stably expressing a tetracycline-inducible AR-targeted short hairpin RNA (shRNA) were generated to directly test the effects of AR knockdown in C4-2 human prostate cancer cells and tumors. Results:In vitro expression of AR shRNA resulted in decreased levels of AR mRNA and protein, decreased expression of prostate-specific antigen (PSA), reduced activation of the PSA-luciferase reporter, and growth inhibition of C4-2 cells. Gene microarray analyses revealed that AR knockdown under hormone-deprived conditions resulted in activation of genes involved in apoptosis, cell cycle regulation, protein synthesis, and tumorigenesis. To ensure that tumors were truly castration-resistant in vivo, inducible AR shRNA expressing C4-2 tumors were grown in castrated mice to an average volume of 450 mm3. In all of the animals, serum PSA decreased, and in 50% of them, there was complete tumor regression and disappearance of serum PSA. Conclusions: Whereas castration is ineffective in castration-resistant prostate tumors, knockdown of AR can decrease serum PSA, inhibit tumor growth, and frequently cause tumor regression. This study is the first direct evidence that knockdown of AR is a viable therapeutic strategy for treatment of prostate tumors that have already progressed to the castration-resistant state.

Inhibition of integrative cartilage repair by proteoglycan 4 in synovial fluid

To determine the effects of the articular cartilage surface, as well as synovial fluid (SF) and its components, specifically proteoglycan 4 (PRG4) and hyaluronic acid (HA), on integrative cartilage repair in vitro. Methods. Blocks of calf articular cartilage were harvested, some with the articular surface intact and others without. Some of the latter types of blocks were pretreated with trypsin, and then with bovine serum albumin, SF, PRG4, or HA. Immunolocalization of PRG4 on cartilage surfaces was performed after treatment. Pairs of similarly treated cartilage blocks were incubated in partial apposition for 2 weeks in medium supplemented with serum and 3 H-proline. Following culture, mechanical integration between apposed cartilage blocks was assessed by measuring adhesive strength, and protein biosynthesis and deposition were determined by incorporated 3 H-proline. Results. Samples with articular surfaces in apposition exhibited little integrative repair compared with samples with cut surfaces in apposition. PRG4 was immunolocalized at the articular cartilage surface, but not in deeper, cut surfaces (without treatment). Cartilage samples treated with trypsin and then with SF or PRG4 exhibited an inhibition of integrative repair and positive immunostaining for PRG4 at treated surfaces compared with normal cut cartilage samples, while samples treated with HA exhibited neither inhibited integrative repair nor PRG4 at the tissue surfaces. Deposition of newly synthesized protein was relatively similar under conditions in which integration differed significantly. Conclusion. These results support the concept that PRG4 in SF, which normally contributes to cartilage lubrication, can inhibit integrative cartilage repair. This has the desirable effect of preventing fusion of apposing surfaces of articulating cartilage, but has the undesirable effect of inhibiting integrative repair.

Inhibition of p38 pathway leads to OA-like changes in a rat animal model

Objectives The p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) signal transduction pathway is involved in a variety of inflammatory responses, including cytokine generation, cell differentiation proliferation and apoptosis. Here, we examined the effects of systemic p38 MAPK inhibition on cartilage cells and osteoarthritis (OA) disease progression by both in vitro and in vivo approaches. Methods p38 kinase activity was evaluated in normal and OA cartilage cells by measuring the amount of phosphorylated protein. To examine the function of p38 signaling pathway in vitro, normal chondrocytes were isolated and differentiated in the presence or absence of p38 inhibitor; SB203580 and analysed for chondrogenic phenotype. Effect of systemic p38 MAPK inhibition in normal and OA (induced by menisectomy) rats were analysed by treating animals with vehicle alone (DMS0) or p38 inhibitor (SB203580). Damage to the femur and tibial plateau was evaluated by modified Mankin score, histology and immunohistochemistry. Results Our in vitro studies have revealed that a down-regulation of chondrogenic and increase of hypertrophic gene expression occurs in the normal chondrocytes, when p38 is neutralized by a pharmacological inhibitor. We further observed that the basal levels of p38 phosphorylation were decreased in OA chondrocytes compared with normal chondrocytes. These findings together indicate the importance of this pathway in the regulation of cartilage physiology and its relevance to OA pathogenesis. At in vivo level, systematic administration of a specific p38 MAPK inhibitor, SB203580, continuously for over a month led to a significant loss of proteoglycan; aggrecan and cartilage thickness. On the other hand, SB203580 treated normal rats showed a significant increase in TUNEL positive cells, cartilage hypertrophy markers such as Type 10 collagen, Runt-related transcription factor and Matrix metalloproteinase-13 and substantially induced OA like phenotypic changes in the normal rats. In addition, menisectomy induced OA rat models that were treated with p38 inhibitor showed aggravation of cartilage damage. Conclusions In summary, this study has provided evidence that the component of the p38 MAPK pathway is important to maintain the cartilage health and its inhibition can lead to severe cartilage degenerative changes. The observations in this study highlight the possibility of using activators of the p38 pathway as an alternative approach in the treatment of OA.

Inhibition of activated fibroblast growth factor receptor 2 in endometrial cancer cells induces cell death despite PTEN abrogation

KRAS activation and PTEN inactivation are frequent events in endometrial tumorigenesis, occurring in 10% to 30% and 26% to 80% of endometrial cancers, respectively. Because we have recently shown activating mutations in fibroblast growth factor receptor 2 (FGFR2) in 16% of endometrioid endometrial cancers, we sought to determine the genetic context in which FGFR2 mutations occur. Analysis of 116 primary endometrioid endometrial cancers revealed that FGFR2 and KRAS mutations were mutually exclusive, whereas FGFR2 mutations were seen concomitantly with PTEN mutations. Here, we show that shRNA knockdown of FGFR2 or treatment with a pan-FGFR inhibitor, PD173074, resulted in cell cycle arrest and induction of cell death in endometrial cancer cells with activating mutations in FGFR2. This cell death in response to FGFR2 inhibition occurred within the context of loss-of-function mutations in PTEN and constitutive AKT phosphorylation, and was associated with a marked reduction in extracellular signal-regulated kinase 1/2 activation. Together, these data suggest that inhibition of FGFR2 may be a viable therapeutic option in endometrial tumors possessing activating mutations in FGFR2, despite the frequent abrogation of PTEN in this cancer type.