Caractérisation de nouveaux mécanismes d'action chez un antiviral et un immunosuppresseur pléiotropiques

Abstract

Mes travaux de thèse se sont principalement concentrés sur l'étude de nouveaux mécanismes d'action chez des drogues reconnues et sécuritaires. L'étude de cette pléiotropie mécanistique est importante pour comprendre et prédire les effets (désirés ou secondaires) d'une drogue ainsi que pour rationaliser le dessin de composés de prochaines générations. De plus, certaines drogues, comme le ribavirin, tirent leur efficacité de cette pléiotropie pharmacologique. J'ai démontré que la lactoférrine humaine (hLF), une protéine du système immunitaire inné qui peut aussi être administrée de manière exogène, pouvait réduire la réplication intracellulaire du virus de l'hépatite C (VHC) en pénétrant les hépatocytes infectés et en inhibant directement l'ATPase/hélicase virale NS3. Ce mécanisme complète l'activité extracellulaire de neutralisation des virions du VHC qui a été précédemment décrite. L'inhibition de NS3 par la hLF est puissante, spécifique et additive avec celle des traitements présentement employés pour traiter les infections chroniques au VHC. J'ai également caractérisé la liaison à l'ARN de la protéine NS3 du virus du Nil occidental (VNO), un virus apparenté au VHC. La compréhension de la dynamique de liaison entre une protéine virale, qui représente une cible pharmacologique potentielle, et son substrat est une contrepartie importante et complémentaire aux études structurales (cristallographie). J'ai ensuite démontré qu'un immunosuppresseur utilisé en clinique, la mizoribine, s'avère aussi être un inhibiteur de synthèse de la structure coiffe. À la limite des doses thérapeutiques, la mizoribine peut altérer la synthèse de la structure coiffe et ainsi réduire la traduction protéique coiffe-dépendante. Le composé actif de cette drogue, la mizoribine monophosphate (MZP), cible l'activité ARN guanylyltransférase (GTase) de l'enzyme humaine de synthèse de la structure coiffe (HCE). En ciblant un site allostérique chez HCE, la MZP a démontré, pour la première fois, que malgré la très forte conservation au sein de la famille des GTase, il était possible d'inhiber ces enzymes avec une certaine spécificité. En plus de révéler un nouveau mécanisme d'action pour cette drogue utilisée en clinique, cette étude jette les bases pour le dessin rationnel d'inhibiteurs de GTase plus puissants et plus spécifiques, ce qui pourrait donner naissance à de nouvelles classes de composés antiviraux, antifongiques, antiparasitaires et antinéoplasiques. Enfin nous nous attardons présentement à l'étude du contrôle de la qualité de la structure coiffe chez les ARNm. Nous avons démontré que la méthylation en position 2' du ribose du premier nucléotide de l'ARNm s'avère être une étiquette d'approbation pour le système de contrôle de la qualité cellulaire. Cette découverte est importante en ce sens qu'elle décrit une fonction nouvelle et constitutive à cette modification post-traductionnelle dont le rôle est longtemps demeuré évasif. ||My thesis work focused on the characterization of safe drugs' novel mechanisms of action. Increasing knowledge on these pleiotropic mechanisms of action is important in order to predict a drug's therapeutic and adverse effect, as well as to support the rational design of the next generation of compounds. Moreover, the efficacy of a certain number of drugs, such as ribavirin, arise from their pharmacological pleiotropy. I demonstrated that human lactoferrin (hLF) was able to impair intracellular hepatitis C virus (HCV) replication. The hLF protein is part of the innate immune System and can be administrated orally. Human lactoferrin penetrates infected hepatocytes and directly inhibits the viral ATPase/helicase NS3. This antireplicative activity is complementary to the well-known extracellular virion neutralisation activity of hLF. The anti-NS3 activity of hLF is potent, specific and provides additive benefits to the currently established anti-HCV therapy. I also characterized the RNA binding activity of the NS3 protein from West Nile virus, a virus related to HCV. The understanding of this dynamic protein-RNA interaction is a necessary counterpart to the structural studies for a full understanding of this pharmacological target. I also demonstrated that the clinically used immunosuppressive drug, mizoribine, possesses the ability to inhibit RNA cap synthesis. Within its upper therapeutic limits, mizoribine can impair RNA cap synthesis and consequently reduce cap-dependent protein translation. Mizoribine monophosphate (MZP), mizoribine's active compound, targets the RNA guanylyltransferase (GTase) activity of the human capping enzyme (HCE). Despite the high degree of conservation within the GTase family, our study demonstrated for the first time that MZP had a certain degree of specificity towards a specific GTase, namely HCE. This specificity is a result of MZP targeting an allosteric site on HCE. In addition to the unveiling of a novel mechanism of action for this clinical immosupressive drug, this study provides the basis for the rational design of potent and specific GTase inhibitors which could lead to the development of novel class of antivirals, antifungals, antiparasitics and antineoplastics. Lastly, we currently focus our research on the cellular mRNA capping quality control process. We demonstrated that the ribose 2'-0-methylation of the first mRNA nucleotide serves as a quality stamp required for the quality control approval. This breakthrough is important as it describes a novel and constitutive function for this post-transcriptional modification whose role has long remained elusive.