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Démonstration du rôle particulier du segment C-Terminal 28-38 du pituitary adenylate cyclase-activacting polypeptide (PACAP) et caractérisation de modulateurs allostériques intracellulaires du recepteur PAC1.

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Poujol de Molliens, Mathilde (2019). Démonstration du rôle particulier du segment C-Terminal 28-38 du pituitary adenylate cyclase-activacting polypeptide (PACAP) et caractérisation de modulateurs allostériques intracellulaires du recepteur PAC1. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en biologie, 278 p.

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Résumé

Un accroissement du nombre de maladies neurodégénératives est observé depuis plusieurs années. On estime aujourd'hui que 55 000 Canadiens ont reçu un diagnostic de la maladie de Parkinson (MP). À ce jour, malgré les nombreux efforts investis dans la recherche, seuls des traitements palliatifs existent pour cette neuropathologie. Au cours de la dernière décennie, le pituitary adenylate cyc/ase-activating polypeptide (PACAP) est apparu comme un agent thérapeutique potentiel puisqu'il possède des actions neuroprotectrices dans divers modèles cellulaires et animaux de maladies neurodégénératives telles que la MP. Ce peptide, qui est capable de traverser la barrière hématoencéphalique, existe sous deux isoformes de 27 et 38 acides aminés et se lie à trois récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), i.e. PAC1, VPAC1 et VPAC2.

Les effets neuroprotecteurs du PACAP sont principalement associés à l'activation du récepteur PAC1. Cependant, son utilisation thérapeutique ne peut être envisagée, en partie, en raison des effets secondaires liés à l'activation des récepteurs VPAC1 et VPAC2. Le couple PACAP/PAC1 apparaît alors comme une cible prometteuse pour le traitement de la MP. Afin de développer un traitement basé sur l'utilisation du PACAP ou un de ses dérivés, il sera important de prendre en considération les risques possibles associés à leur administration prolongée. En effet, dans le cadre du traitement chronique d'une maladie neurodégénérative, la désensibilisation du système PACAPergique pourrait être observée. Ce phénomène est généralement associé à la phosphorylation du récepteur et à un recrutement des 13-arrestines.

Notre premier objectif a été d'évaluer la capacité d'une librairie d'analogues du PACAP à activer certaines voies de signalisation associées à l'activation de PAC1 incluant Gaq et Gas ainsi qu'à mobiliser les p-arrestines 1 et 2. Nous avons entre autres démontré que le segment C-terminal 28-38 et que les résidus Ser2, Phe6, Thr7 et Tyr22 sont des éléments importants de la liaison aux récepteurs et de l'effet neuroprotecteur du peptide. En particulier, les analogues du PACAP38 sont de meilleurs ligands neuroprotecteurs et ils activent mieux les 13-arrestines que leurs pairs de 27 acides aminés. Ces données aideront à la conception de composés biaisés sélectifs pour PAC1, incapables d'activer les ß-arrestines.

Devant la difficulté à développer des analogues sélectifs pour PAC1, nous avons cherché une manière innovante de résoudre ce problème. La transmission du signal au niveau intracellulaire est directement associée à des changements structuraux opérés au niveau des boucles intracellulaires d'un RCPG. De plus, il a récemment été montré que des peptides dérivés de ces boucles, appelés pepducines, pouvaient à eux seuls initier diverses cascades de signalisation suite à une reconnaissance spécifique de ce RCPG au niveau intracellulaire. Dans un deuxième volet de ce projet de doctorat, nous avons démontré la capacité de pepducines dérivées de PAC1 à activer spécifiquement ce récepteur et à induire une neuroprotection significative dans des modèles in vitro et in vivo de la MP.

Abstract

The number of medical cases of neurodegenerative diseases has increased dramatically during the last decades. Nowadays, it is estimated that 55 000 Canadians have received a Parkinson's disease diagnosis (PD). Despite many research efforts, only palliative treatments exist for this neuropathology. Nevertheless, over the last decade, the pituitary adenylate cyclaseactivating polypeptide (PACAP) appeared as a potential therapeutic agent because it induces anti-apoptotic actions in severa! cellular and animal models of neurodegenerative diseases like PD. This peptide, which is capable to cross the blood-brain barrier, exists in two isoforms of 27 and 38 amino acids that bind three G protein-coupled receptors (GPCRs), i.fJ. PAC1, VPAC1 and VPAC2.

PACAP's neuroprotective effects are mostly associated with the activation of the PAC1 receptor. However, its clinical use cannot be considered because of its side effects produced by VPAC receptors activation. Nonetheless, the PACAP/PAC1 pair represents a promising avenue for the development of therapeutic strategies to cure neurodegenerative disorders, or at least slow down their evolution. Another major problem that might be encountered with chronic treatments of neurodegenerative diseases is the desensitization of the related receptor system following prolonged administration of a drug. This phenomenon is generally associated with receptor phosphorylation and recruitment of ß-arrestins.

Our first objective was therefore to evaluate the ability of PACAP analogues to activate signaling pathways associated with PAC1 activation, such as Gaq, Gas, and 13-arrestins. ln particular, we demonstrated that the PACAP C-terminal segment 28-38 and its Ser2 , Phé, Thr7 and Tyr22 residues are key components of PACAP receptors binding and neuroprotective action. lndeed, PACAP38 analogues are better neuroprotective ligands and they appear more potent to activate 13-arrestins than their 27-amino acid counterparts. These data will help us to design biased and selective compounds for PAC1 that are not able to activate ß-arrestins.

ln order to overcome the difficulty to discover PAC1-selective compounds, we looked for an innovative way to solve this problem. lntracellular signaling is directly associated with structural modifications in the intracellular loops of a given GPCR. Furthermore, it has been recently shown that peptides derived from intracellular loops, called pepducins, can initiate by themselves various signaling pathways following the intracellular recognition of its parent GPCR. Thus, in a second part of this PhD project, we demonstrated the ability of PAC1-derived peptides to specifically target PAC1 and induce significant neuroprotection in in vitro and in vivo PD models.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Chatenet, David
Co-directeurs de mémoire/thèse: Fournier, Alain
Mots-clés libres: PACAP, PAC1, Parkinson, pepducines, RCPG, modulateur allostérique, agonistes biaisés, PACAP, PAC1, Parkinson, pepducin, intracellular modulator, biased agonist
Centre: Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt: 11 déc. 2019 16:44
Dernière modification: 11 déc. 2019 16:44
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/8511

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