Une stratégie analytique innovante développée par le groupe Techniques séparatives à l’Institut des Sciences Analytiques (ISA, CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1) en collaboration avec la plateforme IMPReSs de l’unité Biotechnologie et Signalisation Cellulaire (BSC, CNRS/Université de Strasbourg) et le groupe Fragmentech du CRMN (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1, Ens Lyon) ouvre le Fragment Based Drug Design (FBDD) aux protéines membranaires intactes. Ce développement analytique permet d’identifier des fragments de faible affinité (Kd mM-μM) ciblant des protéines membranaires disponibles en très faible quantité (sub-μg).
La conception de candidat-médicaments par l’approche Fragment-Based Drug Design (FBDD) a totalement révolutionné le développement de molécules à visée thérapeutique. Cette approche consiste à identifier des petites molécules organiques (appelées fragments) qui ciblent des protéines impliquées dans des pathologies humaines. Ces molécules fragments, qui ne présentent qu’une très faible affinité pour la cible thérapeutique, sont ensuite liées entre elles ou modifiées pour aboutir à des candidats médicaments, molécules plus complexes de meilleure activité et spécificité. La mise en œuvre de cette approche FBDD, repose sur des méthodes de criblage adaptées à l’identification de ces fragments de faible affinité (µM-mM) pour les cibles thérapeutiques. Si cette approche est couramment mise en œuvre pour les protéines hydrosolubles, son application aux protéines membranaires (et plus particulièrement aux récepteurs couplés aux protéines G, dits GPCR) reste très limitée alors que ces récepteurs jouent un rôle clé dans de nombreux processus biologiques. Ces récepteurs, qui représentent des cibles thérapeutiques à fort potentiel (asthme, diabète, cancers), sont encore très peu étudiés en raison des difficultés de production et de leur faible stabilité en dehors de leur membrane d’origine.
Les chercheurs ont alors développé une stratégie innovante de mise en évidence d’interactions faibles entre récepteurs membranaires et molécules fragments, basée sur de la chromatographie d’affinité ultra-miniaturisée. Cette approche repose sur l’immobilisation des GPCR dans des nanodisques lipidiques qui simulent leur environnement lipidique naturel et garantissent leur liberté conformationnelle nécessaire à la reconnaissance. La préparation des colonnes d’affinité miniaturisées est basée sur un savoir-faire unique du groupe Techniques Séparatives de l’ISA et permet un criblage rapide avec une très faible quantité de protéine (1 μg par colonne). Testée avec un récepteur d’adénosine AA2AR, cette stratégie a non seulement permis l’identification de l’interaction fragments/protéine membranaire intacte mais également la détermination des constantes de dissociation et l’identification du site de liaison des ligands identifiés.
Cette stratégie analytique ouvre de nouvelles perspectives dans la conception de médicaments ciblant des protéines membranaires selon l’approche FBDD.
Graphical abstract
référence
Lecas L., Hartmann L, Caro L., Mohamed-Bouteben S., Raingeval C., Krimm I., Wagner R., Dugas V., Demesmay C. Miniaturized weak affinity chromatography for ligand identification of nanodiscs-embedded G-protein coupled receptors, Analytica Chimica Acta, 2020, 1113:26-35, DOI: 10.1016/j.aca.2020.03.062.
Contact : claire.demesmay{at}isa-lyon.fr
Cette stratégie analytique est issue de l’association des expertises de la plateforme IMPReSs en méthodes biochimiques, notamment pour la préparation des nanodisques lipidiques, du groupe Fragmentech dans le domaine du criblage de fragments et du groupe Techniques Séparatives de l’ISA pour le développement d’outils séparatifs miniaturisés. Depuis une dizaine d’années le groupe Techniques Séparatives développe des outils séparatifs miniaturisés innovants et notamment des phases stationnaires chromatographiques monolithiques modifiées avec des molécules biologiques. Les nano-colonnes utilisées dans cette recherche ont été réalisées par le groupe.
Pour en savoir plus :
Lecas L., Dugas V., Demesmay C. Affinity Chromatography: A Powerful Tool in Drug Discovery for Investigating Ligand/membrane Protein Interactions. Separation and Purification Reviews, 2020, 1-18. 10.1080/15422119.2020.1749852.
Lecas L., Randon J., Berthod A., Dugas V., Demesmay C.. Monolith weak affinity chromatography for μg-protein-ligand interaction study. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2019, 166:164-173. 10.1016/j.jpba.2019.01.012.
Espina-Benitez M.B., Randon J, Demesmay C., Dugas V. Development of a new in-line coupling of a miniaturized boronate affinity monolithic column with reversed-phase silica monolithic capillary column for analysis of cis-diol-containing nucleoside compounds. Journal of Chromatography A, 2019, 1597:209-213. 10.1016/j.chroma.2019.04.002.
Espina-Benitez M.B., Marconi F., Randon J., Demesmay C., Dugas V. Evaluation of boronate affinity solid-phase extraction coupled in-line to capillary isoelectric focusing for the analysis of catecholamines in urine. Analytica Chimica Acta, 2018, 1034:195-203. 10.1016/j.aca.2018.06.017
Espina-Benitez M.B., Randon J, Demesmay C., Dugas V. Development and application of a new in-line coupling of a miniaturized boronate affinity monolithic column with capillary zone electrophoresis for the selective enrichment and analysis of cis-diol-containing compounds. Journal of Chromatography A, 2017, 1494:65-76. 10.1016/j.chroma.2017.03.014
Maréchal A., Laaniste A., El Debs R., Dugas V., Demesmay C. Versatile ene-thiol photoclick reaction for preparation of multimodal monolithic silica capillary columns. Journal of Chromatography A, 2014, 1365:140-147. 10.1016/j.chroma.2014.09.017
Laaniste A., Maréchal A., El Debs R., Randon J., Dugas V., Demesmay C. “Thiol-ene” photoclick chemistry as a rapid and localizable functionalization pathway for silica capillary monolithic columns.. Journal of Chromatography A, 2014, 1355:296-300. 10.1016/j.chroma.2014.06.031