Vers une thérapie de la mucoviscidose
Cédric Govaerts

RESTAURER LA FONCTION DE CANAL CFTR MUTANT AVEC DES NANOBODIES

Cédric Govaerts : Chercheur Qualifié FNRS, Laboratoire de Structure et Fonction des Membranes Biologiques de l’ULB

Dernières nouvelles

Nature Structural & Molecular Biology:  l’équipe de Cédric Govaerts (Structure et Fonction des Membranes biologiques, Faculté des Sciences) dévoile les mécanismes moléculaires à la base des transporteurs multidrogues.

L’équipe de Cédric Govaerts vient de recevoir des subsides provenant de l’Association Luxembourgeoise de Lutte contre la mucoviscidose (ALLM), de la Fondation Air Liquide (France) et de la Chiesi Foundation (Italie)

Biographie

cedric_govaertsCédric Govaerts. Né en 1973. Docteur en Sciences ULB (2001), Licence en Sciences Physiques ULB (1995). Chercheur Qualifié du FNRS au laboratoire « Structure et Fonction des Membranes Biologiques » de l’ULB. Après son doctorat passé au sein de l’Institut de Recherche Interdisciplinaire en Biologie Humaine et Nucléaire de l’ULB, il poursuit un postdoctorat au laboratoire de Pharmacologie cellulaire et moléculaire de Fred E. Cohen (Université de Californie) où il collabore étroitement avec le Prix Nobel Stanley B. Prusiner.

Cédric Govaerts est spécialisé dans l’étude des transporteurs membranaires et est connu par son approche interdisciplinaire et sa créativité de collaboration lui ayant permis de faire de nombreux partenariats internationaux. Il a reçu des financements et mandats prestigieux provenant notamment du : WELBIO (Walloon Excellence in Life Sciences and Biotechnology), la Belgian American Education Foundation, Mukoviszidose eV (Bonn), le Fonds Forton (Bruxelles), la Chiesi Foundation (Parma), la John Douglas French Alzheimer’s Foundation, la Politique Scientifique Fédérale Belge et le FNRS.

Le projet

1 – LA BIOLOGIE, UNE SCIENCE MULTIDISCIPLINAIRE

La biologie moderne est à la croisée des chemins. Depuis la découverte de la double hélice d’ADN il y a plus de 40 ans, l’accélération des découvertes ne semble pas faiblir, l’effervescence est permanente.

Notre compréhension du vivant passe à présent par le détail atomique. Une conséquence directe est que, plus que jamais, la biologie est devenue une science interdisciplinaire. Que ce soit pour élucider une question fondamentale ou s’attaquer à une problématique médicale, il faut aujourd’hui être prêt à combiner des approches diverses et complémentaires.

2 – LA MUCOVISCIDOSE, UNE MALADIE FATALE

Accumulation de mucus dans les poumons (courtesy of Prof. Peter Jeffery, Imperial College)

Accumulation de mucus dans les poumons (courtesy of Prof. Peter Jeffery, Imperial College)

Décrite en tant que telle depuis les années 30, la mucoviscidose est un exemple criant de cette convergence de disciplines.

Cette maladie génétique, invariablement fatale, prend sa source dans un défaut de reploiement d’une seule protéine, le canal à chlore CFTR. Les biochimistes étudient depuis des décennies ce mécanisme de reploiement, qui est le passage clé entre la synthèse de la protéine (depuis l’information génétique) jusqu’à son transfert vers son lieu d’action.

Ce sont des défauts dans ces mécanismes qui, suite à une seule et unique mutation dans le gène du CFTR, amènent à une perturbation profonde dans la circulation du chlore et bicarbonate, ce qui entraîne une accumulation de mucus dans les poumons, caractéristique de la mucoviscidose.

Ce mucus anormal (voir photographie supra) va non seulement causer de graves problèmes respiratoires, mais surtout former un lit à infections répétées qui, inévitablement finiront par se muer en pneumonie fatale. Si des progrès considérables ont été obtenus dans le traitement des symptômes au cours des 20 dernières années, amenant l’espérance de vie de quelques années à près de trente ans, il n’existe toujours pas de traitement s’attaquant aux causes de cette maladie.

Bronchiectasie. Coupe de scanner thoracique d'un patient atteint de mucoviscidose (Erasme, ULB)

Bronchiectasie. Coupe de scanner thoracique d’un patient atteint de mucoviscidose (Erasme, ULB)

3 – LE DÉFI: UTILISATION DES NANOBODIES

Il est aujourd’hui clair qu’une thérapie permettant de guérir la mucoviscidose devra combiner approche biochimique, cellulaire et clinique. L’utilisation d’anticorps dirigé contre des cibles thérapeutiques est une voie prometteuse dans le traitement de certaines pathologies difficiles, comme par exemple certains cancers.

Toutefois l’obtention et l’étude des anticorps reste un processus long et périlleux. Il y a quelques années, une équipe de la Vrije Universiteit Brussel a découvert une nouvelle classe d’anticorps chez les camélidés, ce qui a ouvert de nouvelles perspectives en matière d’immunothérapie. Ces nanobodies, plus petits, plus stables et surtout beaucoup plus facile à développer que les anticorps classiques, sont aujourd’hui une réelle promesse de traitement pour plusieurs maladies comme l’arthrite rhumatoïde ou la thrombose.

L’idée à la base de ce projet est d’utiliser les propriétés uniques des nanobodies afin de stabiliser, dans les cellules pulmonaires, le canal CFTR mutant dans le but de restaurer son activité de transport des ions chlore et bicarbonate et retrouver un mucus pulmonaire normal.

4 – DÉVELOPPEMENT ET CARACTÉRISATION DES NANOBODIES

DÉVELOPPEMENT DES NANOBODIES

Grâce à une étroite collaboration avec les équipes du Professeur Jack Riordan (qui a découvert le gène CFTR il y a 25 ans) et du Professeur Jan Steyaert à la VUB (spécialiste des nanobodies) nous avons entrepris au cours des 5 dernières années un vaste programme pour développer des nanobodies capables de reconnaître et stabiliser CFTR.

Cet effort considérable nous a permis d’isoler plus de 50 nanobodies différents absolument spécifiques de la protéine CFTR.

CARACTÉRISATION DES NANOBODIES

Alors qu’il est bien établi que pour la majeure partie des patients, la mucoviscidose est due à une déstabilisation thermique de la protéine suite à la mutation  DF508, notre travail de caractérisation a permis d’identifier une série de nanobodies capables de stabiliser CFTR.

5 DEVELOPPEMENT DE NOUVELLES APPROCHES THÉRAPEUTIQUES

Ces nanobodies capables de stabiliser CFTR constituent donc un réel espoir pour le développement de nouvelles approches thérapeutiques visant à s’attaquer à l’origine moléculaire de la maladie.

Un tel développement peut suivre deux voies que nous explorons de façon parallèles.

D’une part,  ces nanobodies peuvent être envoyés à l’intérieur des cellules pulmonaires et donc être directement utilisés comme molécules thérapeutiques. Il faut donc établir si, une fois dans la cellule, ces nanobodies sont capables d’améliorer le transport de l’ion chlore par le canal mutant.

D’autre part, notre travail de caractérisation ayant permis de déterminer les structures atomiques de plusieurs complexes entre les nanobodies et CFTR.

Ceci nous ouvre la voie pour la conception rationnelle de médicaments stabilisateurs. En d’autres termes, nous comptons utiliser les nanobodies pour comprendre, à l’échelle moléculaire, comment il est possible de stabiliser le canal CFTR mutant, et ensuite utiliser cette information pour concevoir de façon rationnelle des molécules qui pourront être optimisées en réels médicaments.

UNE COLLABORATION INTERNATIONALE

Notre équipe pourra compter sur l’aide de deux laboratoires de référence pour mener à bien le projet.

D’abord celui du Professeur John Riordan (University of North Carolina, Chapel Hill, USA), découvreur du CFTR  et qui s’est engagé à fournir tous les réactifs nécessaires tels que protéine CFTR purifiée, anticorps, lignées cellulaires…

Ensuite, celui de Professeur Jan Steyaert à la VUB (Vrije Universiteit Brussel), leader mondial dans le domaine des nanobodies qui sera impliqué dans les différents aspects liés à la génération des nouveaux nanobodies.

 un transporteur membranaire qui adopte la meme strcture que le CFTR, le canal chlore impliqué dans la mucoviscidose.


Un transporteur membranaire qui adopte la même structure que le CFTR, le canal chlore impliqué dans la mucoviscidose.

BUDGET SUR 5 ANS

RESSOURCES HUMAINES

Deux chercheurs post-doctoraux  spécialisés en biochimie et biologie cellulaire seront nécessaires au projet. Le premier sera chargé de l’identification du/des nanobodies capable(s) de stabiliser le canal CFTR et les tests fonctionnels. Le second sera chargé de travailler sur le transport intra-cellulaire et tests fonctionnels.

Un technicien spécialisé sera nécessaire pour assister la production de protéines et la culture cellulaire.

CONSOMMABLES

Pour la réalisation et l’analyse des expériences, des consommables seront nécessaires. A savoir: réactifs pour la culture cellulaire (15.000€/an), la purification des protéines (8.000€/an), la biologie moléculaire (5.000€/an) sans oublier les produits chimiques et le petit matériel (12.000€/an).

EQUIPEMENTS – SALLE DE CULTURE DEDIEE

Un incubateur pour la culture cellulaire sur grande échelle sera nécessaire.

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Autres informations

Lisez l’article dans MucoBulletin n°161, en cliquant ici