A new strategy based on polypeptides as modulators of tumor processes
Nouvelle stratégie basée sur les polypeptides comme agents modulateurs des processus tumoraux
Résumé
Natural molecules are increasingly being researched and tested for their therapeutic potential. Scorpion venoms derived peptides modulating ion channels activity are robust biological essential tools for a better understanding of the action mechanisms of these transmembrane channels, particularly sodium channels. They represent sometimes the major molecules of the venom responsible for its highly toxic effect which manifests with cardiogenic syndromes and pulmonary edema often fatal for humans. By modulating ion channels activity, these molecules are potentially able to act on the cellular processes associated with them. In the first part of this work, we have studied the mechanism of interaction of the AahII toxin from the scorpion venom of Androctonus australis hector (Aah), with the voltage-gated sodium channel NaV1.5 and its effect on the electrophysiological activity of this channel. In particular, we studied the ability of the anti-AahII nanoantibody (NbAahII 10 or Nb10) to neutralize the AahII/NaV1.5 interactions. In the second part, we investigated the effect of different peptide fractions from Aah venom on the viability of human breast cancer cells. The toxin AahII is the most active α-toxin from the North African scorpion Androctonus australis hector that slows the fast inactivation of NaV channels. To fight scorpion envenomation, an anti-AahII nanobody named NbAahII10 (Nb10) was developed. The efficiency of this nanobody has been evaluated in vivo on mice, but its mechanism of action at the cellular level remains unknown. Our work confirmed that the AahII toxin slows the fast inactivation of the adult cardiac NaV1.5 channels, expressed in HEK293 cells, in a dose-dependent manner, while current amplitude was not affected, and showed that Nb10 can fully reverse the effect of the AahII toxin on the channel inactivation kinetics. Bioinformatic analysis of the NaV1.5/AahII interaction complex shows that AahII shares the same interaction surface with Nb10, which strongly suggests that Nb10 dynamically replaces the AahII toxin from its binding site on the NaV1.5 channel. At the pathophysiological level, we showed that treatment of human breast cancer cells MDA-MB-231 with Nb10 prevents the increase in cell invasion induced by AahII. In the second part of this work, the 3 major fractions from Aah scorpion venom, previously isolated by low-pressure chromatography (M1, M2, and AahG50), were tested on the viability and migration of human breast cancer cell lines, MCF-7 and MDA-MB-231. These fractions did not affect cell migration but induced very biphasic effects on cell viability, interestingly demonstrating synergistic or antagonistic effects of their component peptides. To purify the peptides of interest, additional purification of the fractions was performed by high-pressure chromatography (HPLC). In total, three polypeptides were identified to induce a decrease in breast cancer cell viability and will be further investigated. In conclusion, our results elucidated the physiological and molecular mechanisms of α-toxin AahII neutralization by the Nb10 nanoantibody. In addition, we were able to identify three peptide molecules from the scorpion venom Aah with anticancer properties. This work will continue with a structural study to elucidate the underlying molecular topologies at a three-dimensional scale
Les produits d'origine naturelle sont de plus en plus recherchés et testés pour leur potentiel thérapeutique. Les peptides issus de venins de scorpions capables de moduler l'activité des canaux ioniques constituent de robustes outils biologiques essentiels pour une meilleure compréhension des mécanismes de fonctionnement de ces canaux transmembranaires, sélectifs notamment au sodium. Ils représentent parfois les molécules majeures du venin responsables de son effet hautement toxique qui se manifeste par des syndromes cardiogéniques et d'un œdème pulmonaire souvent fatal pour l'Homme. En modulant l'activité des canaux ioniques ces molécules sont potentiellement capables d'agir sur les processus cellulaires qui leur sont associés. Dans une première partie de ce travail, nous nous sommes intéressés au mécanisme d'interaction de la toxine AahII du venin du scorpion Androctonus australis hector (Aah) avec le canal sodique voltage-dépendant NaV1.5 et de son effet sur l'activité électrophysiologique de ce canal. Nous avons en particulier étudié la capacité du nanoanticorps anti-AahII (NbAahII 10 ou Nb10) à neutraliser l'interaction AahII/NaV1.5. Dans une seconde partie, nous avons investigué l'effet de différentes fractions peptidiques issues du venin de Aah sur la viabilité des cellules cancéreuses mammaires humaines. La toxine AahII est considérée comme l'α-toxine la plus active du venin de scorpion Aah. Elle a notamment été décrite pour ralentir l'inactivation des canaux sodiques NaV. Le nanoanticorps Nb10 a été développé afin de neutraliser l'effet de la toxine AahII. L'efficacité du Nb10 a été évaluée in-vivo sur des souris, mais son mécanisme d'action au niveau cellulaire reste inconnu. Nos travaux ont confirmé que AahII ralentit de manière dose dépendante l'inactivation des canaux sodiques NaV1.5 surexprimés dans des cellules HEK293, sans modifier l'amplitude du courant au pic d'une part et ont montré que le Nb10 neutralise l'effet de la toxine AahII sur la cinétique d'inactivation du canal d'autre part. L'analyse bioinformatique du complexe d'interaction de NaV1.5/AahII montre que la AahII partage la même surface d'interaction avec le Nb10, ce qui suggère fortement que ce dernier déplace dynamiquement la toxine AahII de son site de liaison sur le canal NaV1.5. Au niveau physiopathologique, nous avons montré que le traitement des cellules cancéreuses mammaires humaines MDA-MB-231 avec le Nb10 prévient l'augmentation de l'invasion cellulaire induite par AahII. Dans la seconde partie de ce travail, les 3 majeures fractions issues du venin de scorpion Aah, préalablement isolées par chromatographie à basse pression (M1, M2 et AahG50), ont été testées sur la viabilité et la migration des lignées cellulaires cancéreuses mammaires humaines, MCF-7 et MDA-MB-231. Ces fractions n'ont pas eu d'effet sur la migration cellulaire mais ont induit des effets très biphasiques sur la viabilité cellulaire, démontrant de manière intéressante des effets synergiques ou antagonistes des peptides qui les composent. Afin de purifier les peptides d'intérêts, une purification supplémentaire des fractions a été réalisée par chromatographie à haute pression (HPLC). Au total, trois polypeptides ont été identifiées pour induire une diminution de la viabilité des cellules cancéreuses mammaires et feront l'objet d'investigation plus poussée. En conclusion, nos résultats ont permis d'élucider les mécanismes physiologiques et moléculaires de neutralisation de l'α-toxine AahII par le nanoanticorps Nb10. De plus, nous avons pu identifier trois molécules peptidiques issues du venin de scorpion Aah possédant des propriétés anticancéreuses. Ces travaux se poursuivront par une étude structurale permettant d'élucider à une échelle tridimensionnelle, les topologies moléculaires sous-jacentes
Origine : Version validée par le jury (STAR)