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Instituts/ Institut de biologie et de technologies de Saclay (iBiTec-S)/ Unités/ Service d’ingénierie moléculaire des protéines (SIMOPRO)/ Laboratoire chimie pour le vivant (LCV)/ Equipe Transfert de site de liaison par Ingénierie de mini-protéines (L. Martin & P. Kessler)

Equipe Transfert de site de liaison par Ingénierie de mini-protéines

Loïc MARTIN & Pascal KESSLER
CEA Saclay/Bât. 152

Tél: 01 69 08 71 33 / 01 69 08 40 74
loic.martin@cea.fr / pascal.kessler@cea.fr


iBiTec-S / SIMOPRO / LCV


Moyens humains
Loïc MARTIN, Chercheur
Pascal KESSLER, Chercheur
Olivier COMBES, Technicien Supérieur



Thèmes de recherche

Objectifs : Ingénierie de mini-protéines porteuses de fonctions biologiques nouvelles et utiles dans le domaine médical ou industriel.
 
La stratégie de notre équipe consiste essentiellement à miniaturiser une protéine active (ligand) en transférant son site de liaison vers une protéine de petite taille, cette dernière devant par la suite posséder les mêmes caractéristiques d’interaction avec la cible que le ligand protéique de départ. La mini-protéine joue ainsi le rôle de plate-forme structurale.
 
Par cette approche, nous avons pu, entre autres, transférer le site de liaison du CD4 pour la gp120 du VIH-1 sur une petite plate-forme dérivée d’une toxine de scorpion, la scyllatoxine, formée d’une hélice alpha et d’un feuillet bêta stabilisés par trois ponts disulfure. Après des étapes d’optimisation, la mini-protéine obtenue a présenté une affinité sub-nanomolaire pour la protéine enveloppe du VIH identique à celle du CD4 recombinant (Martin et al, 2003). Les constantes d’affinité de liaison de ce peptide pour différents isolats de gp120 ont pu être déterminées par résonance plasmonique de surface (technologie Biacore) et par polarisation de fluorescence (Stricher et al, 2005).
Cette mini-protéine a pu être co-cristallisée avec le corps de la gp120 en présence d’un fragment Fab d’un anticorps monoclonal 17b (Huang et al, 2005) prouvant ainsi que ce mini-CD4 était capable de mimer au plus proche le CD4 (cf. Figure ci-dessous). En outre, nous avons montré que cette mini-protéine était capable d’induire un changement conformationnel de la protéine gp120 de manière comparable au CD4, démasquant des épitopes conservés de la protéine gp120 responsable de la liaison au co-récepteur CCR5.
 
L’étape ultérieure de notre travail a été de valoriser cette construction d’un point de vue thérapeutique :
 
- Pour cela, l’optimisation de la mini-protéine par des approches combinatoires et de complémentarité de surface a encore permis d’accroître l’efficacité d’inhibition de l’entrée du VIH dans des tests cellulaires utilisant des pseudo-virus de différents sous-type (B, C, E). Notre dernier candidat s’est montré capable d’empêcher l’infection par un large spectre d’isolats, y compris des isolats primaires de patients, souvent résistants à l’inhibition par le CD4 soluble seul. Une collaboration au sein du projet européen EMPRO (European Microbicide Project) vise à tester et à développer ce peptide dans des applications thérapeutiques locales (utilisation dans un gel microbicide pour les rapports sexuels).

   

Comparaison des complexes cristallographiques gp120/CD4 (a) et gp120/mini-CD4 (b). Les structures sont représentées en ruban, la gp120 en vert, le CD4 en jaune et la boucle « hotspot du site de liaison » en rouge. Les chaînes latérales de Phe43 pour le CD4, et de Phe23 pour le mini-CD4, soulignent le cœur de l’interaction. Pour plus de clarté, l’anticorps 17b a été omis (codes PDB : (a) 1RZK ; (b) 1YYM).

 

- Une autre collaboration avec des industriels (Novartis Vaccine) cherche à produire une formulation vaccinale contre le SIDA. L’utilisation du mime de CD4 en association avec des protéines de l’enveloppe virale pourrait permettre d’obtenir une meilleure réponse d’anticorps neutralisants et éviter la réponse auto-immune contre le CD4 qui a été détecté lors de l’immunisation avec des complexes CD4-gp120.
 
Le travail actuel cherche à généraliser ce concept de transfert de site de liaison. Le développement récent d’outils bioinformatiques performants de recherche de plate-formes structurales, dans une des équipes de notre service (P. Cuniasse), nous permet d’appréhender une méthode plus générale de conception de ligands protéiques par transfert de site fonctionnel. Poursuivant les approches antivirales contre le VIH-1, nous allons chercher à inhiber la liaison de la gp120 non plus à son récepteur CD4 mais à son co-récepteur aux chimiokines de la famille CCR5.


Publications

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Principales collaborations
- Susan Barnett, Ph.D. & Indresh Srivastava, Ph.D.
Novartis Vaccines and Diagnostics, Inc
Emeryville, USA

- Peter Kwong, Ph.D.
Vaccine Research Center, National Institute of Allergy and Infectious Diseases, National Institutes of Health
Bethesda, USA

- Quentin Sattentau, Prof.
Department of Pathology, University of Oxford
Oxford, UK

- Robin Shattock, M.D.
Centre for Infection, St George’s, University of London
London, UK

- Guido Vanham, M.D.
HIV and Retrovirology Research Unit, Institute of Tropical Medicine
Antwerpen, Belgium