648 - Nouvelles avancées en science des peptides

Une grande variété d'organismes produit des peptides antimicrobiens comme première ligne de défense. Ces peptides sont considérés comme une nouvelle génération potentielle d'antibiotiques et représentent de grands espoirs contre les bactéries multirésistantes. Nous avons démontré qu'un peptide non-naturel composé de 14 résidus (10 leucines et 4 phénylalanines modifiées avec un éther couronne) est capable de perturber les bicouches lipidiques mais qu'il n'est pas sélectif envers les membranes bactériennes. Afin d'acquérir une spécificité envers les membranes bactériennes, une ou plusieurs résidus leucine ont été substitués par des résidus chargés positivement (lysine et arginine). La sélectivité des peptides envers les membranes bactériennes dépend de la position de substitution des résidus cationiques et nos résultats démontrent que les peptides non-sélectifs adoptent une structure hélicoïdale alors que les peptides sélectifs adoptent une structure en feuillets beta agrégés. Des expériences de RMN à l'état solide ont été réalisées avec des membranes modèles mimant les cellules eucaryotes et les cellules bactériennes afin de mieux caractériser le mode d'action des peptides chargés. Les résultats indiquent que les peptides se positionnent près de l'interface de la bicouche, perturbant la membrane par la formation de pores. La structure et l'orientation des peptides marqués ont également été étudiées dans des bicouches orientées.

L'agrégation des polypeptides sous forme de fibres amyloïdes et/ou d'inclusions cellulaires est intrinsèquement associée à plusieurs maladies, telles que la maladie d'Alzheimer, le diabète de type II ou la maladie de Parkinson. De nombreuses études ont démontré un lien direct entre le processus amyloïdogénique et la dégénérescence du tissu où s'accumulent les fibres amyloïdes. Néanmoins, plusieurs interrogations persistent quant aux mécanismes (bio)chimiques communs à la base de ces maladies. Notamment, le rôle joué par le microenvironnement et les interactions transitoires avec diverses biomolécules dans la formation des fibres amyloïdes n'est toujours pas bien compris. Notre thématique de recherche s'inscrit dans ce contexte et cible la compréhension des mécanismes biochimiques à la base de l'amyloïdogenèse et de la protéotoxicité de l'hormone peptidique islet amyloid polypeptide (IAPP), dont l'agrégation au niveau des îlots de Langerhans chez les patients diabétique s est associée à la dégénérescence des cellules b-pancréatiques. Nous étudions l'effet des métabolites réactifs générés lors du stress oxydatif sur l'amyloïdogenèse de l'IAPP ainsi que l'implication des glycosaminoglycanes dans l'agrégation et l'action cytotoxique de l'IAPP. De même, nous développons des approches chimiques et des dérivés de synthèse afin de moduler l'agrégation de ce peptide fortement amyloïdogénique et ainsi réduire sa pathogénicité.

Les océans forment un vaste réservoir de biodiversité qui reste encore largement inexploré. Les ressources marines d'eaux froides du Québec, incluant les coproduits de la pêche et de l'exploitation aquacole, ainsi que les espèces émergentes, recèlent une foule de biomolécules actives potentielles. Parmi ces molécules, les peptides antimicrobiens font l'objet de recherches visant leur application en industrie agro-alimentaire, en médecine vétérinaire et humaine.

Les peptides antimicrobiens sont des composantes importantes du système immunitaire chez une variété d'organismes incluant les vertébrés et les invertébrés. Bien que les peptides antimicrobiens soient grandement étudiés, seulement quelques-uns ont été isolés et caractérisés à partir des ressources marines québécoises. Ils peuvent être des peptides natifs ou dérivés de l'hydrolyse de protéines. Ainsi, nos travaux de recherche des dernières années ont permis de produire des fractions peptidiques à partir des bioressources marines et de mettre en évidence des activités antibactériennes chez des crustacés, poissons et plus récemment chez les macroalgues. Ces recherches mettent l'accent sur le criblage et la caractérisation de biomolécules actives offrant ainsi un éventail d'applications en perspective.

Les peptides cycliques sont devenus des outils moléculaires indispensables en sciences biologiques et en chimie médicinale pour étudier et moduler la fonction de protéines. Leur grand potentiel thérapeutique et l'immense diversité moléculaire qui est accessible par de simples modifications dans leurs séquences ont propulsé l'utilisation des peptides cycliques en chimie combinatoire. La méthode combinatoire «one-bead one-compound» (OBOC), dans laquelle chaque bille expose plusieurs copies d'un composé unique, est devenue un outil très puissant dans le processus de découverte d'un médicament.

Par contre, l'utilisation des peptides cycliques dans l'approche OBOC est grandement limitée par les difficultés associées à la détermination de la séquence peptidique des composés actifs après le criblage. En effet, l'absence d'amine libre en N-terminal écarte l'utilisation de la dégradation d'Edman et des patrons de fragmentation complexes sont obtenus avec la spectrométrie de masse en tandem (MS/MS). Pour contourner ces problèmes et éviter l'utilisation de système d'encodage, nous avons développé deux nouvelles approches par réouverture de cycle et clivage en tandem pour préparer et décoder des chimiothèques OBOC de peptides cycliques. Ces approches permettent d'obtenir en une seule étape des peptides linéaires pouvant être rapidement et facilement séquencés par MS/MS à partir d'une chimiothèque OBOC de peptides cycliques. Le design et le développement de ces approches seront présentés.

La tomographie par émission de positrons (TEP) est l'une des techniques d'imagerie médicale les plus performantes disponibles actuellement. Son développement est lié à celui de molécules marquées par un atome émetteur de positrons (β⁺). Parmi ceux-ci, le gallium-68 et le cuivre-64 sont des radionucléides de choix en raison de leur durée de vie relativement courte, 68 min et 12,7 h respectivement. Les récepteurs peptidiques surexprimés à la surface des cellules cancéreuses présentent des cibles d'intérêt pour le développement de nouveaux radiotraceurs peptidiques plus spécifiques pour la TEP, ouvrant la voie à une imagerie moléculaire.

Le but de cette étude est de comparer différents peptides marqués au ⁶⁴Cu et au ⁶⁸Ga afin d'identifier le candidat le plus prometteur pour les études cliniques. Plusieurs peptides ont présentés d'excellentes affinités pour leurs récepteurs respectifs lors d'études de compétition sur des cellules humaines de cancer du sein (MCF7, T47D) et de la prostate (PC3, LnCap). Cependant, le ⁶⁴Cu- et ⁶⁸Ga-NOTA-PEG-BBN, ciblant les récepteurs du peptide de la relâche de la gastrine (GRPR) et présentant d'excellente stabilité in vivo, ont permis le meilleur ciblage de la tumeur et des organes cibles (pancréas, surénales) sur des modèles de xénogreffes chez la souris. Ces traceurs sont des candidats prometteurs pour l'imagerie TEP des tumeurs du sein et de la prostate exprimant les GRPR.

Le système immunitaire est constitué de différents éléments cellulaires et moléculaires qui travaillent de concert afin d'assurer à l'organisme une protection contre les agents pathogènes. Parmi ces éléments figure le système du complément, qui est composé d'une trentaine de protéines dont certaines servent à réguler l'activité globale du système afin d'éviter des réactions auto-immunes. Il arrive cependant que le système échappe à ce contrôle et participe au développement et à la pathologie de certaines maladies auto-immunes. Les étapes menant à l'activation du complément ont donc fait l'objet d'études visant à identifier des inhibiteurs qui pourraient être utilisés à des fins thérapeutiques. À Héma-Québec, nous étudions depuis plusieurs années les propriétés thérapeutiques de protéines purifiées à partir du plasma des donneurs de sang (IgIV). Les IgIV sont constituées d'immunoglobulines G polyclonales et possèdent des effets immunomodulateurs multiples, incluant la capacité d'inhiber l'activation du complément. Nous avons posé l'hypothèse qu'il serait possible de reproduire l'effet inhibiteur des IgIV à l'aide de courts peptides. C'est dans ce contexte que nous avons développé des peptides (9-mer) inhibiteurs du complément, en se basant sur l'interaction entre le C3b et la properdine, une étape centrale dans l'activation du système du complément. Les résultats obtenus et le potentiel thérapeutique des peptides isolés seront discutés dans le cadre de cette présentation. À venir...

L'inflammation soutenue de même que certains dérèglements irréversibles de la réponse immunitaire font de l'infection par le VIH-1 une maladie chronique plutôt qu'une simple infection. Ceci incite les chercheurs à développer de nouveaux composés plus efficaces ayant de nouvelles cibles thérapeutiques qui interviendront le plus tôt possible. Les cellules dendritiques et le DCIR, un récepteur membranaire de type lectine, jouent un rôle déterminant dans la pathogenèse reliée à l'infection par le VIH-1 tant du point de vue de la transmission que celui du développement de la réponse immunitaire. De tous les médicaments actuellement disponibles, aucun n'a un effet positif connu sur la réponse immunitaire ou encore sur l'interaction du virus avec les DC. Il est crucial de développer des médicaments pouvant contrôler très tôt l'infection par le VIH-1 tout préservant la réponse immune. Nous avons émis l'Hypothèse que les peptides mimant le motif ITIM phosphorylé servent ainsi de leurre en recrutant les molécules effectrices qui devraient normalement se lier aux motifs ITIM de DCIR lors de la liaison du VIH-1 à cette lectine. L'objectif de ce projet vise l'optimisation de l'activité et de la biodisponibilité de peptides inhibiteurs afin qu'ils soient libérés adéquatement dans les cellules cibles, les DC et les LTCD4. Des modifications structurales de ces peptides résultant en de nouvelles molécules permettront de développer à plus long terme des alternatives thérapeutiques.

La matriptase est une protéase à sérine transmembranaire située sur la surface extracellulaire de nombreux tissus épithéliaux. Notre groupe a démontré que la matriptase est exprimée au niveau de l'épithélium pulmonaire humain, et qu'elle est compétente pour cliver l'hémaglutinine du virus de l'influenza H1N1. Cette première étape est indispensable pour permettre au virus d'infecter l'hôte, et dépend de protéases de l'hôte car le virus n'est pas compétent pour faire sa propre activation.

Nous avons conçu une nouvelle série de petits inhibiteurs peptidomimétiques de la matriptase, composés d'une séquence de reconnaissance et d'un piège à sérine. Ces inhibiteurs, qui sont actifs dans le sous-nM, sont sélectifs pour la matriptase. De plus, ils ont démontré leur capacité à inhiber la réplication du virus dans cellules d'épithélium pulmonaire humaines. Le design, la synthèse, les relation structure-activité ainsi qu'un modèle de docking de l'inhibiteur dans le site actif de la matriptase seront présentées.

La sécrétion d'insuline dans les cellules pancréatiques béta est étroitement liée à la variation du potentiel membranaire. Récemment, plusieurs études ont mis en évidence la possibilité d'améliorer la sécrétion d'insuline en bloquant les canaux potassiques voltage-dépendants (Kv). Cette stratégie, qui devrait présenter un risque plus faible d'événements hypoglycémiques par rapport aux inhibiteurs classiques de canaux K_ATP, représente une nouvelle voie pour le traitement du diabète de type 2.

Chez les espèces venimeuses, la pression évolutive a abouti à la production de nombreuses toxines capables d'altérer d'importantes fonctions physiologiques via une action spécifique et simultanée sur diverses cibles biologiques telles que des canaux ioniques, des enzymes ou encore des récepteurs couplés aux protéines G.

Récemment, nous avons isolé, dans le venin d'un cobra du Vietnam, une cardiotoxine de 60 acides aminés (CTX-I) capable de stimuler la sécrétion d'insuline dans une lignée cellulaire β-pancréatique via l'inactivation de canaux potassiques voltage-dépendants. Par la suite, la présence de motif structuraux communs, entre CTX-I et d'autres toxines présentant une action insulinotrope, nous a permis de concevoir un peptide de petite taille conservant l'intégralité du profil pharmacologique de la molécule native. Ce composé représentent la première étape vers le développement de nouveaux agents thérapeutiques pour le traitement du diabète de type 2.

Plusieurs maladies génétiques résultent de mutations de gènes codant pour des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Dans plusieurs cas, ces mutation n'affectent pas directement des sites fonctionnels des récepteurs mais provoquent plutôt un repliement imparfait. Ces altérations conformationelles entraînent une rétention intracellulaire des récepteurs par le système de contrôle de qualité du réticulum endoplasmique. Des exemples de tels maladies conformationelles incluent le diabète insipide néphrogénique (DIN) et l'obésité précoce sévère familiale (OPSF) qui sont dues à des mutations des récepteurs V2R de la vasopressine et MC4R de la mélanocortine respectivement. Dans les deux cas, nous avons trouvé que des molécules qui pénètrent la membrane des cellules et se lient sélectivement aux récepteurs favorisent le repliement des récepteurs et leur acheminement à la surface cellulaire, restaurant leur fonction. Ces observations ont conduit au concept de chaperones pharmacologiques. Dans le cas du DIN, nous avons identifié une chaperone pharmacologique qui lorsqu'administrée à des patients, améliore significativement leurs fonctions rénales, procurant une preuve de principe de l'efficacité thérapeutique des chaperones pharmacologiques. Pour l'OPSF, nous avons généré un premier model de souris transgénique exprimant une version mutante du gène humain du MC4R pour nous permettre d'évaluer l'efficacité thérapeutique potentielle des chaperones pharmcologiques MC4R.

Les N-aminosulfamides, dans lesquels le CαH et le carbonyle d'un acide aminé sont respectivement remplacés par un atome d'azote et un groupement sulfonyle, offrent la possibilité de synthétiser des inhibiteurs d'enzymes, en mimant l'état de transition dans l'hydrolyse d'un lien amide.¹ Une nouvelle méthodologie a été développée par notre groupe pour la synthèse de ces N-amino-sulfamides, mettant en évidence l'utilisation d'une base de type phosphazène, le BTPP, pour effectuer une alkylation chimiosélective sur des aza-sulfurylglycinyl peptides, afin d'y insérer diverses chaînes latérales N-alkyles.² Nous rapportons maintenant une base plus douce et moins coûteuse pour effectuer l'alkylation désirée,³ ainsi que des analyses cristallographiques révélant la conformation des N-amino-sulfamides à l'état solide. Certains exemples ont également été introduits dans le "Growth Hormone - Releasing Peptide 6" (GHRP-6), afin d'examiner l'effet de ces motifs sur l'affinité pour son récepteur CD36.

1.Cheeseright, T. J.; Daenke, S.; Elmore, D. T.; Jones, J. H. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1994, 1953-1955.

2.Turcotte, S.; Bouayad-Gervais, S. H.; Lubell, W. D. Org. Lett. 2012, 14, 1318-1321.

3.Turcotte, S.; Havard, T.; Lubell, W. D. (2012) Mild chemoselective alkylation of aza-sulfurylglycinyl peptides In Kokotos, G.; Constantinou-Kokotou, V.; Matsoukas, J. Proceedings of the Thirty Second European Peptide Symposium (pp. 140-141). Greece, University of Athens.

Les peptides cycliques sont des outils d'intérêt et d'une grande utilité en chimie biologique et médicinale pour étudier et moduler les interactions protéine-protéine. En comparaison avec les peptides linéaires, ces macrocycles sont résistants aux protéases et leur rigidité conformationelle réduit le coût entropique de liaison face aux macromolécules biologiques. L'énorme diversité moléculaire qui est accessible avec les peptides cycliques a propulsé leur utilisation en chimie combinatoire. L'approche «one-bead-one-compound» (OBOC) est une méthode de criblage à haut débit très performante dans laquelle des microbilles de polymère exposent individuellement plusieurs copies d'un composé unique, c'est-à-dire un seul composé par bille. Cette méthode a été largement utilisée pour identifier des ligands pour une grande variété de protéines. Par contre, l'utilisation des peptides cycliques dans l'approche OBOC est limitée par les difficultés à séquencer les composés retenus après le criblage. En effet, l'absence d'amine libre en N-terminal rend la dégradation d'Edman impossible et le patron de fragmentation en spectrométrie de masse en tandem (MS/MS) trop complexe pour élucider la structure. Notre approche est d'incorporer un résidu photosensible au sein du macrocycle et comme ancrage afin de linéariser suite à la réouverture du cycle et de cliver les peptides du support simultanément. Les candidats linéarisés ainsi retenus peuvent être séquencés par MS/MS.

La recoverine est une protéine périphérique des bâtonnets rétiniens servant à la transduction et est membre de la famille des neuroprotéines sensibles au calcium (NCS). Les NCS possèdent un groupement myristoyle et elles sont connues pour changer de conformation selon la concentration en calcium, ce phénomène s'appellant Calcium Myristoyl Switch. D'autre part, les membranes cellulaires des bâtonnets rétiniens bovins possèdent beaucoup plus de lipides insaturés que les autres membranes, soit plus que 60%. L'étude de la liaison réversible entre la recoverine myristoylée ou non et les différents phospholipides des membranes permettra de déterminer si la recoverine s'insère ou non dans la membrane. Des études en spectroscopie infrarouge et en résonance magnétique nucléaire des solides en phosphore-31 furent effectuées. Les phospholipides utilisés furent de différentes longueurs de chaînes acyle et de différentes têtes polaires. L'effet de l'insertion de 10% molaire de cholestérol fut aussi étudié. Les résultats obtenus démontrent que la protéine s'agrège en absence de calcium et dans sa forme non myristoylée et ce, principalement dans les lipides saturés. Néanmoins, le Calcium Myristoyl Switch fut démontré en présence de lipides insaturés avec des têtes phosphatidylcholine. Les travaux futurs impliqueront entre autres des études en RMN ²H sur le spectromètre RMN des solides 900 MHz du Centre RMN à ultrahaut champ pour les solides à Ottawa.

Chez les patients diabétiques de type-II, des fibres amyloïdes sont observées au niveau des îlots de Langerhans. Ces fibres sont principalement composées de l'islet amyloid polypeptide (IAPP), une hormone peptidique de 37 résidus cosécrétée avec l'insuline par les cellules bêta-pancréatiques. Nous avons récemment observé que les glycosaminoglycanes sulfatés accélèrent la formation des fibres amyloïdes et inhibent la cytotoxicité associée à l'agrégation de l'IAPP. Ces effets reposent principalement sur des interactions électrostatiques entre les résidus basiques du peptide et les groupements anioniques du polysaccharide. En considérant ce mécanisme d'action, nous avons développé des composés polyalcool et polyacide afin de, d'une part, moduler l'agrégation de l'IAPP, et, d'autre part, de réduire sa cytotoxicité. Une librairie de polyols et polyacides a été synthétisée et les composés ont été initialement caractérisés pour leur capacité à modifier la cinétique de fibrillogenèse de l'IAPP mesurée à l'aide de la thioflavine T. Nos résultats montrent que certains dérivés stimulent la formation de fibres amyloïdes et ce, de façon concentration-dépendante. En employant des cellules INS-1E b-pancréatiques, nous avons également observé que certains composés polyacides inhibent complètement la toxicité induite par l'IAPP. Cette étude suggère que des composés polyalcool et polyacide pourraient conduire au développement d'une nouvelle classe d'agents anti-amyloïdogéniques.

La synthèse de molécules énantiopures préoccupe la communauté scientifique qui tente de développer de nouvelles méthodologies de synthèse énantiosélective efficaces. La (-)-spartéine, une diamine chirale issue d'une source naturelle, est un ligand souvent retrouvé à cet effet, mais qui présente certaines limitations. Ayant un intérêt à développer de nouveaux ligands chiraux inspirés de cette molécule, le laboratoire Voyer a mis au point une stratégie de synthèse de nouveaux composés diaminés chiraux. Cette dernière mène à des N-N-diméthylpipérazines, des hétérocycles chiraux à six membres mimant la structure de la spartéine et pouvant potentiellement être utilisés comme source de chiralité dans diverses réactions chimiques énantiosélectives. Pour parvenir à la synthèse de ces ligands chiraux, une synthèse sur support solide de dipeptides à partir d'acides aminés naturels et non-naturels est d'abord réalisée. Par la suite, un clivage cyclidatif du dipeptide sur la résine mène à la formation de dicétopipérazines. Puisque les substrats de départ impliqués dans la stratégie de synthèse consistent en des acides aminés, la préparation d'une librairie de ligands est envisagée. Les étapes subséquentes menant à la préparation des composés N-N-diméthylpipérazines impliquent la réduction de dicétopipérazines puis leur méthylation. La synthèse, la purification et la caractérisation des premières diamines chirales ont été réalisées, démontrant la viabilité de nos hypothèses.

La résistance des bactéries à l'égard des antibiotiques est l'un des grands enjeux actuel, notamment avec l'apparition de nouvelles bactéries dites multi-résistantes en milieu hospitalier. D'ailleurs, ce problème de santé publique a généré un engouement vers l'étude de substances naturelles ayant un caractère antimicrobien. Parmi celles-ci, on retrouve les peptides antimicrobiens cationiques, qui sont des effecteurs de la réponse immunitaire non spécifique. À la différence des antibiotiques conventionnels, la principale cible de ces peptides est la membrane des bactéries pathogènes. Ainsi, dans l'éventualité de synthétiser de nouveaux peptides antimicrobiens efficaces, il devient impératif de mieux comprendre leurs mécanismes d'action. Pour ce faire, on étudie l'interaction entre une membrane lipidique modèle et un peptide synthétique, qui est le 14-mer. Nous avons préalablement démontré que ce peptide non naturel adopte une structure secondaire en hélice α et qu'il n'est pas sélectif envers les membranes des bactéries. Pour obtenir des analogues sélectifs, des résidus leucine ont été remplacés par des résidus chargés positivement. De plus, les résultats obtenus ont été comparés avec ceux obtenus à partir d'analogues ayant une charge nette négative. Cette étude a été réalisée en utilisant la RMN des solides ainsi que d'autres techniques comme la spectroscopie infrarouge et la spectroscopie de fluorescence.

Le but de cette étude est de démontrer le potentiel antimicrobien des hydrolysats d'isolats de protéines du lactosérum obtenus par l'action d'enzymes gastro-intestinales et d'identifier les peptides responsables de l'activité. Alors que les hydrolysats obtenus avec la trypsine ou la chymotrypsine n'ont pas révélé d'activité antimicrobienne, les hydrolysats obtenus entre les 45^ième et 90^ième minutes avec la pepsine démontrent une activité significative. Le fractionnement de l'échantillon prélevé à la 60^ième minute de l'hydrolyse par chromatographie liquide haute performance en phase inverse a permis d'obtenir 5 fractions qui ont présenté une activité antibactérienne à des concentrations inférieures à 30 µg/ml. Ces fractions contiennent de petits peptides, jamais référencés dans la littérature comme étant antibactériens. Un des fragments est néanmoins très proche d'une séquence précédemment identifiée et est également retrouvée dans des séquences antimicrobiennes de diverses origines. Cinq autres peptides dérivés de la β-lactoglobuline et un dérivé de l'α-lactalbumine (le fragment 117-121, KVGIN) ont aussi été identifiés comme antibactériens. Ces peptides ne correspondent pas exactement aux peptides qui auraient dû être obtenus suite à l'hydrolyse des protéines avec de la pepsine, ce qui indique une protéolyse supplémentaire dont l'origine reste inconnue. Au final, les coproduits de l'industrie laitière ont démontré leur potentiel comme pourvoyeur de peptides antimicrobiens.

La plateforme de protéomique du Centre de Génomique de Québec vise à rendre la protéomique et l'analyse des peptides accessibles à l'ensemble de la communauté scientifique par le biais de prestations de service ou de collaborations. Au centre des activités de la plateforme se trouve la spectrométrie de masse, un puissant outil permettant non seulement l'analyse et la séquence des peptides mais aussi l'identification des protéines, la détermination de leur modifications post-traductionnelles et leur quantification.

Les spectromètres de masse de type MALDI et ES permettent d'obtenir des informations spécifiques et complémentaires sur la masse et la séquence des peptides. Selon le type d'analyse à effectuer et la complexité de l'échantillon, des systèmes de chromatographie capillaire en phase réverse peuvent être utilisés pour la séparation des peptides avant l'analyse par spectrométrie de masse.

Diverses techniques de quantification relative ou absolue sont utilisées pour quantifier les peptides, telles que les techniques iTRAQ (isobaric Tag for Relative and Absolute Quantitation), SILAC (Stable Isotope Labeling of amino acids in cell culture) et MRM (Multiple Reaction Monitoring).

Des exemples de diverses applications seront présentés.

Le ⁶⁴Cu (T_1/2= 12.7h) est un radionucléide d'intérêt pour l'imagerie TEP bien que son utilisation est actuellement limitée par la disponibilité de chélateurs bifonctionnels (CBF) offrant une résistance élevée aux réactions de transmétallation in vivo. La nature et la grosseur des CBF ont un impact sur les propriétés biologiques des radiotraceurs peptidiques. Pour moduler ces propriétés, nous avons développé une série de chélates tétradentates acycliques très compacts dérivés de l'histidine et de l'acide glutamique. Dans le cadre de cet exposé, nous présenterons la synthèse de ces nouveaux CBF ainsi que leur stabilité de complexation in vivo avec le ⁶⁴Cu et différents radiométaux utilisés en TEP.

La maladie de Parkinson est une maladie neurodégénérative touchant environ 100 000 personnes au Canada, dont 25 000 au Québec. Les symptômes tels que les tremblements au repos, la rigidité, les problèmes d'équilibre, l'akinésie et la bradykinésie, proviennent de la baisse drastique de la dopamine. Présentement, les médicaments prescrits pour la maladie ne font que réduire ces symptômes, mais aucun ne ralentit la progression ou ne l'arrête. Plusieurs études ont démontré la présence d'agrégats dans les tissus nerveux, plus spécifiquement dans les terminaisons présynaptiques. Ces agrégats entraînent la dégénérescence des tissus. Ils sont composés d'une protéine amyloïde appelée α-synucléine qui, selon les conditions, adopte des structures riches en feuillets β, en protofibrilles et en fibrilles. Elle comporte 140 acides aminés, dont une partie centrale hydrophobe. Cette section joue un rôle crucial dans l'agrégation puisqu'il a été démontré que les acides aminés 71 à 82 sont essentiels pour la formation des fibrilles. Nous tentons de mieux comprendre son interaction avec les lipides par RMN à l'état solide du ³¹P et du ²H ainsi que par infrarouge à transformée de Fourier et, la structure du peptide par microscopie électronique, dichroïsme circulaire et infrarouge à transformée de Fourier.

La recherche d'inhibiteurs de l'AdT de H. pylori, l'agent causal d'ulcères et du cancer de l'estomac, a été faite par la technique de « Phage display », permettant la sélection de peptides exprimés sur des protéines de capside des phages qui interagissent avec l'enzyme cible. Nous avons utilisé trois types de phages encodant des peptides linéaires de 7 et 12 acides aminés (aa) ou cycliques de C-7-C. Deux méthodes d'immobilisation de l'AdT ont été utilisées, soit sur une surface de polystyrène, soit en solution (système biotine-streptavidine). Les phages encodant des peptides linéaires de 7 aa ne se sont pas liés avec l'AdT dans les deux méthodes d'immobilisation. Par contre, un peptide consensus de 12 aa, KVDEDSSLWHLH, trouvé par la méthode en solution, inhibe complètement l'activité de l'AdT à 5 mM. En immobilisant l'AdT sur la surface de polystyrène, les phages encodant des peptides de 12 aa ont révélé une séquence consensus, FHKYWWVPPASK. Par ailleurs, les phages encodant des peptides de C-7-C n'ont pas généré de séquences consensus; l'arrimage moléculaire de ces derniers a suggéré que le peptide CSAHNWPNC interagit avec Mg²⁺ de la sous-unité B de l'AdT. Ce peptide a été synthétisé, et est inhibiteur de l'AdT avec un K_i de 1,4 mM. Même si ces peptides sont de faibles inhibiteurs de l'AdT, ils pourraient être modifiés chimiquement pour améliorer leur capacité inhibitrice, et générer un « lead compound » pour le développement d'un nouvel antibiotique contre H. pylori.

Les protéines de type canal ionique possèdent une importance fondamentale dans de nombreux processus biologiques et constituent de ce fait une cible clé en recherche pharmaceutique. Cependant, de nombreux aspects de leur mécanisme d'action demeurent toujours mal compris. Dans le but d'acquérir une compréhension plus complète de ces systèmes complexes de transport membranaire, nous avons développé un modèle de canal ionique artificiel constitué d'une chaine de 21 acides aminés organisés en hélice-α, sur laquelle des éthers-couronnes servant de points de relais sont disposés de façon à s'aligner et former un pore dans une bicouche lipidique. Nous présenterons de nombreux analogues de ce modèle et la façon dont ils ont été utilisés pour mieux comprendre le processus de translocation des ions dans la membrane, évaluer la possibilité de permettre un transport sélectif et concevoir de nouveaux systèmes de biodétection.

L'hormone islet amyloid polypeptide (IAPP) est co-sécrétée avec l'insuline par les cellules bêta-pancréatiques. L'agrégation de ce peptide en fibres amyloïdes dans les îlots de Langerhans est intrinsèquement associée à la pathogenèse du diabète de type II. D'autre part, un stress oxydatif important est observé chez les patients diabétiques, favorisant la formation de métabolites réactifs pouvant lier de façon covalente les protéines, altérant ainsi leurs propriétés physico-chimiques. Dans ce contexte, nous avons étudié l'effet des produits de la peroxydation lipidique, tels que l'hydroxy-2-nonénal (HNE) et l'oxo-2-nonénal (ONE) sur l'amyloïdogenèse et la cytotoxicité de l'IAPP. Par spectrométrie de masse, nous avons observé que l'incubation d'IAPP en présence de HNE/ONE conduit à la formation d'adduits covalents. Au moyen du dichroïsme circulaire et de la fluorescence de la thioflavine T, il a été remarqué que l'ONE/HNE accélère l'agrégation en favorisant la formation d'agrégats non-fibrillaires au détriment des fibres amyloïdes. En utilisant une lignée cellulaire bêta-pancréatique, la modulation de la cytotoxicité de l'IAPP par sa conjugaison aux dérivés de peroxydation lipidique a été étudiée. Nos résultats montrent que la conjugaison de l'IAPP par des aldéhydes réactifs affecte fortement l'amyloïdogenèse de ce peptide, offrant ainsi une nouvelle perspective sur l'inhérente connexion entre déséquilibre redox et fibrillogenèse observée au niveau des îlots de Langerhans.

L'intérêt porté à l'étude des peptides antimicrobiens est nourri par la résistance croissante des bactéries face aux antibiotiques traditionnels, problème particulièrement présent en milieu hospitalier. Ici à l'Université Laval, plusieurs étudiants travaillent sur la synthèse et la caractérisation de tels peptides, le plus souvent d'origine artificielle. Ayant en vue d'approfondir l'expertise du département dans ce domaine, notre attention s'est arrêtée sur la thanatin. Ce peptide naturel, présent chez la punaise Podisus Maculiventris, se démarque par sa structure secondaire en forme d'«épingle à cheveux» stabilisée par un pont disulfure. On connait déjà son activité contre plusieurs bactéries à Gram positif et négatif ainsi que certains fungi, en plus de présenter une faible cytotoxicité. L'objectif du projet est d'étudier l'interaction de la thanatin avec des membranes lipidiques modélisant les cellules eucaryotes et procaryotes afin d'en déduire le mécanisme d'action. La spectroscopie infrarouge nous permet d'observer la structure secondaire du peptide en présence des membranes lipidiques ainsi que son effet sur la température de transition de phase des lipides. L'interaction entre la thanatin et la tête polaire des phospholipides est étudiée par résonnance magnétique nucléaire en phase solide du phosphore. Plusieurs autres techniques telles que la spectroscopie de fluorescence et le dichroïsme circulaire viendront appuyer notre analyse.

Lors des dernières années, il y a eu une importante augmentation des bactéries résistantes aux antibiotiques ainsi qu'une diminution du nombre de nouveaux antimicrobiens. Il faut donc développer de nouveaux agents antimicrobiens ayant un mode d'action diminuant le risque de développement d'une résistance. L'une des familles ayant un tel potentiel est celle des peptides cationiques amphiphiles, car ils possèdent un mode d'action visant la perturbation des membranes cellulaires. Pour étudier les facteurs agissant sur l'activité biologique des peptides antimicrobiens, la synthèse d'analogues d'un composé-modèle 1 fut réalisée par synthèse en parallèle sur support solide. Ces analogues ont une ou deux leucines substituées par des acides aminés cationiques (Arg, Lys, His). Nous présenterons aussi la caractérisation de ces analogues par des études biophysiques et par des études d'activités biologiques, soit des tests d'activité antimicrobienne et d'activité hémolytique.

H-Leu-EC-Leu-Leu-Leu-EC-Leu-Leu-EC-Leu-Leu-Leu-EC-Leu-OH 1

EC = (21-couronne-7)-L-Phénylalanine

La sécrétine, un peptide de 27 résidus, exerce une grande diversité de fonctions physiologiques par le biais de son interaction spécifique avec le récepteur membranaire SCTR, un récepteur couplé aux protéines G de la classe B. De par sa nature flexible et cationique, la sécrétine pourrait également se lier électrostatiquement de façon transitoire aux anions situés à la surface de la membrane plasmique, tels que les glycosaminoglycanes (GAGs). Les GAGs constituent de larges polysaccharides linéaires abondants à la surface des cellules eucaryotes et sont reconnus en tant que corécepteur des cytokines. Dans ce contexte, nous avons initialement caractérisé la cinétique et la thermodynamique de la liaison de la sécrétine aux GAGs sulfatés en combinant différentes approches, telles que la chromatographie d'affinité, la titration calorimétrique isotherme et la résonance plasmonique de surface. Par dichroïsme circulaire, nous avons observé que l'interaction entre la sécrétine et les GAGs stabilise la conformation hélicoïdale du peptide. D'autre part, en employant une lignée cellulaire déficiente au niveau de la biosynthèse des GAGs, il a été remarqué au moyen de la microscopie confocal et la cytométrie en flux que la présence de GAGs favorise l'adsorption de la sécrétine à la surface cellulaire. Notre étude suggère que les GAGs localisés à la membrane plasmique pourraient être impliqués dans la présentation de la sécrétine à son récepteur SCTR.

Aussi simple qu'elle puisse paraître, la soie d'araignée renferme toujours un secret investigué par la communauté scientifique. Comment ce matériau si robuste peut-il passer d'un état soluble hautement concentré à la fibre connue de tous? Le domaine C-terminal de MaSp1, la protéine majeure du fil de trame de l'araignée, semble jouer un rôle clé dans le contrôle de la solubilité de la protéine et l'alignement des fibres de soie. La formation de ces fibres est initiée par des perturbations physicochimiques, telles que des changements de pH, des variations de force ionique et des forces de cisaillement croissantes, toutes rencontrées dans les conduits de la glande ampullacée majeure. Nous avons établi un protocole de purification du segment C-terminal recombinant de la protéine MaSp1 de Nephila Clavipes qui limite son agrégation. Nous avons également étudié sa structure et son niveau d'oligomérisation dans différentes conditions par résonance magnétique nucléaire (RMN), dichroïsme circulaire (DC), diffusion dynamique de la lumière (DLS), microscopie électronique à transmission (TEM), et spectroscopie de fluorescence. Toutes ces techniques ont permis de mettre en évidence un état conformationnel distinct, dit globule fondu, qui pourrait éclairer les processus moléculaires par lesquels le domaine C-terminal remplit ses fonctions précises. D'autres expériences avec la protéine doublement marquée au ¹³C/¹⁵N mèneront à la détermination complète de sa structure.

Le transport anionique est un phénomène complexe qui est impliqué dans plusieurs pathologies. La conception d'une protéine “canal” artificielle pouvant mimer les processus de transport d'anions des protéines “canal” naturelles serait donc très bénéfique. En s'inspirant de la structure des canaux cationiques artificiels LS21et LS32, nous avons remplacé les sérines par l'acide amino-4,4,4-trifluorobutyrique pour concevoir nos nanostructures peptidiques cibles. Le caractère hydrophobe des leucines et sa propension à former des hélices-α permettent aux nanostructures fluorées synthétisées d'adopter une structure d'hélice-α en milieu membranaire, tandis que l'incorporation de l'acide amino-4,4,4-trifluorobutyrique à des positions spécifiques oriente toutes les chaînes fluorées du même côté de l'hélice. L'auto-assemblable des nanostructures peptidiques en des entités supramoléculaire nanométriques permettraient le transport transmembranaire d'ions chlorures par les liaisons halogène-chlorure. Nous rapportons la synthèse, la purification et la caractérisation des premières nanostructures peptidiques de 21 résidus non polaires incorporant 18 atomes de fluor.

LS2 : H-(Leu-Ser-Leu-Leu-Leu-Ser-Leu)₃ –OH 1

LS3 : H-(Leu-Ser-Ser-Leu-Leu-Ser-Leu)₃ –OH 2

Le transport d'anions à travers la membrane cellulaire est un phénomène bien connu faisant souvent appel à de larges protéines ayant une sélectivité et une vitesse élevées. Chez les patients atteints de fibrose kystique, une mutation du gène CFTR (pour Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) entraîne la modification du repliement de la protéine CFTR, responsable du transport des ions chlorures, la rendant pratiquement inefficace¹. Un intérêt grandissant est désormais porté sur la création de transporteurs synthétiques simples pouvant agir en tant que canal anionique². Nous rapportons les résultats d'études de transport et de lyse de peptides 21-mère sous conformation d'hélice α de structure LS₂³ où les sérines ont été remplacées par l'acide amino-4,4,4-trifluorobutyrique. Le caractère hydrophobe des leucines permet le repliement en hélice-α dans un environnement lipidique, alors que la propension du fluor à s'isoler lui-même permet un arrangement en tétrapeptide. Le macropore ainsi formé permettrait le passage des ions chlorures, et les liaisons halogènes devraient favoriser ce transport⁴.

[1] Zaydman, M.A.; Silva, J.R.; Cui, J. Chem. Rev., 2012, 112, 6319-6333.

[2] Behrends, Chem. Rev.,2012, 112, 6218-6226.

[3] Lear, J.D.; Wasserman, Z.R.; DeGrado, W.F.1988, 240, 1177-1181.

[4] Jentzsch, A.V.; Emery, D.; Mareda, J.; Nayak, S.K.; Metrangolo, P.; Resnati, G.; Sakai, N.; Matile, S. Nat. Commun., 2012, 3, 1902/1-1902/8.

Les antiviraux contre l'influenza basés sur l'inhibition de la fusion membranaire sont très utilisés en Asie [1] mais sont actuellement ignorés en Occident. Pour obtenir l'approbation de tels antiviraux, il est nécessaire de comprendre le mécanisme de fusion membranaire du virus influenza. Nous avons donc étudié l'effet du peptide de fusion d'influenza sur les phospholipides membranaires à l'échelle atomique grâce à des simulations de dynamique moléculaire étendues. Nous avons observé une interaction entre les amines N-terminales du peptide et le groupement phosphate des phospholipides. Les phospholipides ainsi liés au peptide de fusion présentent un accroissement de protrusion des chaînes lipidiques et d'intrusion des têtes polaires. Ces perturbations lipidiques diminueraient les forces répulsives électrostatiques, d'hydration et de fluctuation [2] qui empêchent normalement les membranes de fusionner. Ce mécanisme de fusion membranaire simple pourrait être commun parmi les peptides fusogènes inclinés [3]. De plus, l'interaction observée entre le peptide de fusion et les phospholipides constitue une nouvelle cible pour le développement de molécules antivirales contre l'influenza.

[1] Boriskin et coll. Curr Med Chem (2008) 15:997-1005

[2] Israelachvili, Jacob N. (1992) Intermolecular and Surface Forces, 2nd edition, Academic Press

[3] Charloteaux et coll. Protein Pept Lett (2009) 16:718-25

Des travaux antérieurs sur le fractionnement d'hydrolysats enzymatiques de protéines du lactosérum ont permis d'isoler un peptide de β-lactoglobuline (b-lg f1-8) possédant une capacité d'auto-assemblage, menant à la formation de nanofibres et d'hydrogels. Des observations préliminaires ont montré que l'auto-assemblage du peptide b-lg f1-8 modifiait la composition de mélanges de protéines de lactosérum, notamment en diminuant la concentration en α-lactalbumine (α-la) soluble. La présente étude avait pour but de démontrer l'occurrence d'interactions entre le peptide b-lg f1-8 et l'α-la. L'auto-assemblage du peptide b-lg f1-8 a été étudié en présence d'α-la à 25 et 55^oC. Il a été observé que l'ajout d'α-la (1 % p/v) à un hydrolysat trypsique de protéines de lactosérum (10% p/v) permettait de retarder le processus de floculation du peptide b-lg f1-8. Cependant, ce phénomène a été observé uniquement à 55^oC. La caractérisation du profil de dénaturation thermique de l'α-la par calorimétrie différentielle à balayage (DSC) a démontré que la présence du peptide b-lg f1-8 induisait une diminution de l'enthalpie de dénaturation de la protéine variant entre 25 et 50 % selon le pH. Ces observations suggèrent que le peptide b-lg f1-8 interagit avec l'α-la par le biais d'interactions hydrophobes. Nos travaux confirment que le phénomène d'auto-assemblage du peptide b-lg f1-8 peut être mis à profit dans le développement d'approches de fractionnement de mélanges protéiques.

La soie est constituée de protéines fibreuses et est produite principalement par les arthropodes, notamment les araignées et les insectes. Ce biomatériau attire l'intérêt de la communauté scientifique depuis plusieurs années en raison de sa biocompatibilité et de ses excellentes propriétés mécaniques. Ces dernières résultent en partie du niveau élevé d'orientation des protéines parallèlement à l'axe de la fibre. Toutefois, le niveau des propriétés mécaniques pourrait être limité si l'orientation moléculaire n'était pas homogène le long d'une fibre. Par exemple, le ver à soie domestique Bombyx mori construit son cocon en exécutant une figure de huit avec sa tête. Ceci suggère que la vitesse de filage pourrait ne pas être identique en tout point et que l'orientation moléculaire pourrait varier faiblement le long de la fibre. Pour détecter de si petites variations, la spectromicroscopie Raman en lumière polarisée est particulièrement adaptée, car c'est la seule technique permettant un échantillonnage direct le long d'une figure de huit ou d'un segment de fibre. À des fins de comparaison, des fibres de B. mori dégommées obtenues à partir du cocon déroulé ou par filage forcé ont également été étudiées. Enfin, les résultats obtenus pour le B. mori ont été comparés avec de la soie d'araignée obtenue par filage forcé qui devrait être être plus homogène. Pour atteindre ces objectifs, différentes méthodes de caractérisation de l'orientation moléculaire ont été comparées.