Typologie d'actualités : GT RMN des biomolécules

Etudes métabolomiques par RMN des stades pré-symptomatique et post-symptomatique de la maladie de Huntington sur un modèle Drosophile

La maladie de Huntington (HD) est une maladie neurodégénérative héréditaire, pour laquelle il est urgent de développer un diagnostic et de découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques. Dans cette étude, un modèle de HD chez Drosophila melanogaster a été utilisé pour identifier des biomarqueurs métaboliques aux stades présymptomatiques et symptomatiques de la maladie. L'expression pan-neuronale d'un fragment pathogène de la protéine Huntingtin (HTT) humaine contenant une expansion de 93 glutamines chez la drosophile induit une neuropathologie présentant plusieurs caractéristiques de la maladie humaine. Les métabolites discriminants entre les mouches malades et leurs témoins ont été identifiés par RMN 1D et par analyse multivariée OPLS-DA.
Les chercheurs du groupe "RMN des biomolécules" ont ainsi identifié un ensemble de 10 biomarqueurs du stade présymptomatique : NAD+, AMP, fumarate, asparagine, diméthylamine, β-alanine, glutamine, succinate, glutamate et éthanol. Fait remarquable, les expériences menées au stade symptomatique, ont mis en évidence un ensemble différent de 6 biomarqueurs : phosphocholine, éthanolamine, 2-oxoglutarate, succinate, pyruvate et acétate. Les résultats permettent de mieux comprendre les déficiences métaboliques dans un modèle de HD largement utilisé et démontrent que les perturbations du métabolisme changent radicalement au cours du développement de la maladie.

Metabolomic Nuclear Magnetic Resonance Studies at Presymptomatic and Symptomatic Stages of Huntington’s Disease on a Drosophila Model
Marylène Bertrand, Martine Decoville, Hervé Meudal, Serge Birman, and Céline Landon
Journal of Proteome Research (2020) 19, (10) 4034-4045 - doi : 10.1021/10.1021/acs.jproteome.0c00335

Peptides antimicrobiens : une défensine aviaire atypique à double domaine, spécifique des œufs, révèle de multiples rôles dans la protection de l’embryon

Lire le communiqué de presse du CNRS

Gga-AvBD11, la β-défensine aviaire 11 du poulet commun Gallus gallus (Gga-AvBD11), est spécifique à l'œuf et représente la seule défensine de double taille (9,3 kDa) parmi les 14 AvBDs identifiées chez les espèces aviaires. L'apparition d'une telle protéine à double domaine au cours de l'évolution pourrait être motivée par une augmentation de son efficacité biologique par rapport à une molécule à simple domaine et / ou par la nécessité d'acquérir de nouvelles fonctions portées uniquement par la protéine entière. Pour évaluer la contribution des deux domaines, nous les avons synthétisés chimiquement. Nous avons résolu par RMN la structure 3D de chaque domaine, ainsi que celle de la protéine entière, composée de deux domaines β-défensine compactés. Il n'y a aucune référence pour une telle double-β-défensine dans les banques de données structurales. Ainsi, AvBD11 est l'archétype d'une nouvelle famille structurale, que nous avons nommée Av-DBD (avian-double-beta-defensin).

Sa forte conservation de séquence chez les oiseaux suggère des rôles essentiels dans l'oeuf. En collaboration avec plusieurs équipes (Nouzilly et Tours, France), nous avons montré que la protéine Gga-AvBD11 présente des activités antimicrobiennes contre les pathogènes Gram + et Gram-bactériens, le protozoaire aviaire Eimeria tenella et le virus de la grippe aviaire (H1N1). Nous avons également montré des activités cytotoxiques et anti-invasives, suggérant qu'il pourrait être impliqué dans la (re)modélisation des tissus embryonnaires. Nos résultats indiquent une importance critique du domaine cationique N-ter dans la médiation des activités antibactériennes, antiparasitaires et anti-invasives, le domaine C-ter potentialisant les deux dernières activités. De façon frappante, l'activité antivirale dans les cellules de poulet infectées nécessite la protéine entière.

L'avantage pour les espèces aviaires de posséder une double défensine est une question fascinante. Nous poursuivons les études de relations structure-activité et phylogénétiques au sein de la famille AvBD11 grâce au soutien  de la Région Centre Val de Loire (projet SAPhyR-11).

Ce travail a été financé par les subventions de projets MUSE (Subvention n ° 2014-00094512) et SAPhyR-11 (Subvention n ° 2017-119983) de la Région Centre-Val de Loire.

Structure, function, and evolution of Gga-AvBD11, the archetype of the structural avian-double-β-defensin family
Nicolas Guyot, Hervé Meudal, Sascha Trapp, Sophie Iochmann, Anne Silvestre, Guillaume Jousset, Valérie Labas, Pascale Reverdiau, Karine Loth, Virginie Hervé, Vincent Aucagne, Agnès F. Delmas, Sophie Rehault-Godbert, and Céline Landon
PNAS January 7, 2020 117 (1) 337-345; first published December 23, 2019 https://doi.org/10.1073/pnas.1912941117

Peptides antimicrobiens : comment la chimie et la RMN des peptides éclairent l’activité antimicrobienne des big défensines

Les big défensines, ancêtres des β-défensines, sont composées d'un domaine de type β-défensine et d'un domaine ancestral hydrophobe. Cette structure unique se retrouve dans un nombre limité d'espèces marines phylogénétiquement éloignées.

En utilisant la chimie des peptides en phase solide et la ligation chimique native, nous avons produit la BigDef1 de l’huitre Crassostrea gigas (Cg-BigDef1) et ses domaines séparés et caractérisé leur structure 3D par RMN. Cg-BigDef1 a montré une activité bactéricide à large spectre y compris contre les isolats cliniques multirésistants de S. aureus. Le domaine ancestral N-terminal confère au domaine de type β-défensine, inactif seul, une activité antimicrobienne qui n’est pas perturbée par un milieu salé. De plus, au contact des bactéries, le domaine hydrophobe entraîne l'assemblage de Cg-BigDef1 sous forme de nanofibres qui enserrent et tuent les bactéries. Nous supposons que le domaine N-terminal hydrophobe des big défensines a été maintenu dans les phyla marins pour renforcer les interactions des défensines avec les membranes bactériennes dans les environnements marins salés où les interactions électrostatiques sont altérées.

Ces propriétés remarquables ouvrent la voie à de futurs développements de candidats-médicaments pour remédier à l’inhibition de l'activité antimicrobienne des β-défensines de vertébrés en concentration saline physiologique (ANR MOSAR-Def 2019-2023).

Un grand merci à D. Destoumieux-Garzón pour sa collaboration, à « Vaincre La Mucovidose » et "CNRS PEPS X-life" pour le financement.

Lire l'article paru dans mBio