Développement de glycomimétiques antagonistes du récepteur lectine de type C, DC-SIGN : une nouvelle stratégie préventive anti-HIV

An amazing defense system, the immunity, protects most of the living organisms from harmful pathogens. The innate and acquired immunity components work together to provide efficient protection of humans as well as all other jawed vertebrates. Dendritic cells, the component of the innate immunity, routinely survey the peripheral tissues, capture and process the invading pathogens, and finally, present the antigens to the T cells to boost the pathogen specific adaptive immune responses. These cells recognize the foreign organisms with the help of multiple pattern recognition receptors (PRRs), which specifically bind molecules on the pathogen surfaces, so-called pathogen associated molecular patterns (PAMPs). Among PRRs, the C-type lectin receptors (CLRs) have an important role in pathogen recognition and capturing. However, one of these CLRs, DC-SIGN, has been shown to be hijacked by many dangerous pathogens, including HIV, to promote their infection. This work aims to develop the antagonists of the C-type lectin receptor DC-SIGN, which would be able to block the use of this receptor by pathogens. To achieve that, the strategy of the development of glycomimetic ligands of DC-SIGN and the multivalent presentation of the selected monovalent glycomimics has been employed. The presented studies were accomplished in collaboration with several chemists groups, who have designed and synthesized different glycomimetic compounds as well as different multivalent platforms. The mannose-based, fucose-based and the C-glycosidic compounds were explored as monovalent DC-SIGN ligands, and multivalent platforms with different valence as well as ligand presentation in space were investigated. Using surface plasmon resonance (SPR), the activity of the compounds to inhibit DC-SIGN was estimated. Moreover, the compounds were evaluated for their selectivity to DC-SIGN vs langerin, another CLR with a protective role from HIV infection. Some of the compounds were structurally characterized by X-ray crystallography and NMR spectrometry studies. The SPR studies of multivalent compounds confirmed the improved activity, but also revealed possible complications Overall, these studies allowed to identify two new monovalent leads and to draw perspectives for their further improvement, and suggested the improvement of multivalent presentation platforms.L'immunité, un système de défense incroyable, protège la plupart des organismes vivants des pathogènes nuisibles. Les composantes innée et acquise de l'immunité travaillent ensemble pour assurer une protection efficace de l'homme ainsi que de tous les autres vertébrés à mâchoires. Les cellules dendritiques, la composante de l'immunité innée, passent régulièrement en revue les tissus périphériques, capturent et traitent les agents pathogènes envahisseurs et enfin, présentent les antigènes aux lymphocytes T pour stimuler les réponses immunitaires adaptatives spécifiques. Ces cellules reconnaissent les organismes étrangers à l'aide de plusieurs "Pattern Recognition Receptors" (PRRs), qui se lient spécifiquement à des molécules à la surface des agents pathogènes, dits "Pathogen Associated Molecular Patterns (PAMPs). Parmi les PRR, les récepteurs lectine de type C (CLRs) ont un rôle important dans la reconnaissance et dans la capture des pathogènes. Cependant, DC-SIGN, l'un de ces CLR, peut être détourné par de nombreux agents pathogènes dangereux, y compris le VIH, afin de promouvoir leur infection. Ce travail vise à développer des antagonistes de DC-SIGN, qui serait en mesure de bloquer l'utilisation de ce récepteur par des agents pathogènes. Pour atteindre cet objectif, la stratégie du développement de ligands glycomimétique de DC-SIGN et la présentation multivalente des glycomimétiques monovalents sélectionnés a été employée. Les études présentées ont été réalisées en collaboration avec plusieurs groupes de chimistes, qui ont conçu et synthétisé différents composés glycomimétiques ainsi que différentes plates-formes multivalentes. Des ligands monovalents de DC-SIGN basés sue le mannose, le fucose et sur les composés C-glycosidiques ont été explorés et différentes plates-formes de valence avec différents modes de présentation dans l'espace ont été étudiées. En utilisant la résonance plasmonique de surface (SPR), l'activité des composés à inhiber DC-SIGN a été estimée. De plus, les composés ont été évalués pour leur sélectivité pour DC-SIGN par rapport à la Langerine, un autre CLR ayant un rôle protecteur contre l'infection par le VIH. Certains de ces composés ont été caractérisés par cristallographie aux rayons X et par spectrométrie RMN. Les études de SPR de composés multivalents ont confirmé l'amélioration de l'activité, mais a également révélé des complications possibles. Dans l'ensemble, ces études ont permis d'identifier les deux meilleurs nouveaux composés et de suggérer des perspectives pour l'amélioration de ces composés et des plates-formes de présentation multivalentes

Développement de glycomimétiques antagonistes du récepteur lectine de type C, DC-SIGN (une nouvelle stratégie préventive anti-HIV)

L'immunité, un système de défense incroyable, protège la plupart des organismes vivants des pathogènes nuisibles. Les composantes innée et acquise de l'immunité travaillent ensemble pour assurer une protection efficace de l'homme ainsi que de tous les autres vertébrés à mâchoires. Les cellules dendritiques, la composante de l'immunité innée, passent régulièrement en revue les tissus périphériques, capturent et traitent les agents pathogènes envahisseurs et enfin, présentent les antigènes aux lymphocytes T pour stimuler les réponses immunitaires adaptatives spécifiques. Ces cellules reconnaissent les organismes étrangers à l'aide de plusieurs "Pattern Recognition Receptors" (PRRs), qui se lient spécifiquement à des molécules à la surface des agents pathogènes, dits "Pathogen Associated Molecular Patterns (PAMPs). Parmi les PRR, les récepteurs lectine de type C (CLRs) ont un rôle important dans la reconnaissance et dans la capture des pathogènes. Cependant, DC-SIGN, l'un de ces CLR, peut être détourné par de nombreux agents pathogènes dangereux, y compris le VIH, afin de promouvoir leur infection. Ce travail vise à développer des antagonistes de DC-SIGN, qui serait en mesure de bloquer l'utilisation de ce récepteur par des agents pathogènes. Pour atteindre cet objectif, la stratégie du développement de ligands glycomimétique de DC-SIGN et la présentation multivalente des glycomimétiques monovalents sélectionnés a été employée. Les études présentées ont été réalisées en collaboration avec plusieurs groupes de chimistes, qui ont conçu et synthétisé différents composés glycomimétiques ainsi que différentes plates-formes multivalentes. Des ligands monovalents de DC-SIGN basés sue le mannose, le fucose et sur les composés C-glycosidiques ont été explorés et différentes plates-formes de valence avec différents modes de présentation dans l'espace ont été étudiées. En utilisant la résonance plasmonique de surface (SPR), l'activité des composés à inhiber DC-SIGN a été estimée. De plus, les composés ont été évalués pour leur sélectivité pour DC-SIGN par rapport à la Langerine, un autre CLR ayant un rôle protecteur contre l'infection par le VIH. Certains de ces composés ont été caractérisés par cristallographie aux rayons X et par spectrométrie RMN. Les études de SPR de composés multivalents ont confirmé l'amélioration de l'activité, mais a également révélé des complications possibles. Dans l'ensemble, ces études ont permis d'identifier les deux meilleurs nouveaux composés et de suggérer des perspectives pour l'amélioration de ces composés et des plates-formes de présentation multivalentes.An amazing defense system, the immunity, protects most of the living organisms from harmful pathogens. The innate and acquired immunity components work together to provide efficient protection of humans as well as all other jawed vertebrates. Dendritic cells, the component of the innate immunity, routinely survey the peripheral tissues, capture and process the invading pathogens, and finally, present the antigens to the T cells to boost the pathogen specific adaptive immune responses. These cells recognize the foreign organisms with the help of multiple pattern recognition receptors (PRRs), which specifically bind molecules on the pathogen surfaces, so-called pathogen associated molecular patterns (PAMPs). Among PRRs, the C-type lectin receptors (CLRs) have an important role in pathogen recognition and capturing. However, one of these CLRs, DC-SIGN, has been shown to be hijacked by many dangerous pathogens, including HIV, to promote their infection. This work aims to develop the antagonists of the C-type lectin receptor DC-SIGN, which would be able to block the use of this receptor by pathogens. To achieve that, the strategy of the development of glycomimetic ligands of DC-SIGN and the multivalent presentation of the selected monovalent glycomimics has been employed. The presented studies were accomplished in collaboration with several chemists groups, who have designed and synthesized different glycomimetic compounds as well as different multivalent platforms. The mannose-based, fucose-based and the C-glycosidic compounds were explored as monovalent DC-SIGN ligands, and multivalent platforms with different valence as well as ligand presentation in space were investigated. Using surface plasmon resonance (SPR), the activity of the compounds to inhibit DC-SIGN was estimated. Moreover, the compounds were evaluated for their selectivity to DC-SIGN vs langerin, another CLR with a protective role from HIV infection. Some of the compounds were structurally characterized by X-ray crystallography and NMR spectrometry studies. The SPR studies of multivalent compounds confirmed the improved activity, but also revealed possible complications Overall, these studies allowed to identify two new monovalent leads and to draw perspectives for their further improvement, and suggested the improvement of multivalent presentation platforms.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Detection and Quantitative Analysis of Two Independent Binding Modes of a Small Ligand Responsible for DC-SIGN Clustering

DC-SIGN (dendritic cell-specific ICAM-3 grabbing non-integrin) is a C-type lectin receptor (CLRs) present, mainly in dendritic cells (DCs), as one of the major pattern recognition receptors (PRRs). This receptor has a relevant role in viral infection processes. Recent approaches aiming to block DC-SIGN have been presented as attractive anti-HIV strategies. DC-SIGN binds mannose or fucose-containing carbohydrates from viral proteins such as the HIV envelope glycoprotein gp120. We have previously demonstrated that multivalent dendrons bearing multiple copies of glycomimetic ligands were able to inhibit DC-SIGN-dependent HIV infection in cervical explant models. Optimization of glycomimetic ligands requires detailed characterization and analysis of their binding modes because they notably influence binding affinities. In a previous study we characterized the binding mode of DC-SIGN with ligand 1, which shows a single binding mode as demonstrated by NMR and X-ray crystallography. In this work we report the binding studies of DC-SIGN with pseudotrisaccharide 2, which has a larger affinity. Their binding was analysed by TR-NOESY and STD NMR experiments, combined with the CORCEMA-ST protocol and molecular modelling. These studies demonstrate that in solution the complex cannot be explained by a single binding mode. We describe the ensemble of ligand bound modes that best fit the experimental data and explain the higher inhibition values found for ligand

Développement de glycomimétiques antagonistes du récepteur lectine de type C, DC-SIGN : une nouvelle stratégie préventive anti-HIV

An amazing defense system, the immunity, protects most of the living organisms from harmful pathogens. The innate and acquired immunity components work together to provide efficient protection of humans as well as all other jawed vertebrates. Dendritic cells, the component of the innate immunity, routinely survey the peripheral tissues, capture and process the invading pathogens, and finally, present the antigens to the T cells to boost the pathogen specific adaptive immune responses. These cells recognize the foreign organisms with the help of multiple pattern recognition receptors (PRRs), which specifically bind molecules on the pathogen surfaces, so-called pathogen associated molecular patterns (PAMPs). Among PRRs, the C-type lectin receptors (CLRs) have an important role in pathogen recognition and capturing. However, one of these CLRs, DC-SIGN, has been shown to be hijacked by many dangerous pathogens, including HIV, to promote their infection. This work aims to develop the antagonists of the C-type lectin receptor DC-SIGN, which would be able to block the use of this receptor by pathogens. To achieve that, the strategy of the development of glycomimetic ligands of DC-SIGN and the multivalent presentation of the selected monovalent glycomimics has been employed. The presented studies were accomplished in collaboration with several chemists groups, who have designed and synthesized different glycomimetic compounds as well as different multivalent platforms. The mannose-based, fucose-based and the C-glycosidic compounds were explored as monovalent DC-SIGN ligands, and multivalent platforms with different valence as well as ligand presentation in space were investigated. Using surface plasmon resonance (SPR), the activity of the compounds to inhibit DC-SIGN was estimated. Moreover, the compounds were evaluated for their selectivity to DC-SIGN vs langerin, another CLR with a protective role from HIV infection. Some of the compounds were structurally characterized by X-ray crystallography and NMR spectrometry studies. The SPR studies of multivalent compounds confirmed the improved activity, but also revealed possible complications Overall, these studies allowed to identify two new monovalent leads and to draw perspectives for their further improvement, and suggested the improvement of multivalent presentation platforms.L'immunité, un système de défense incroyable, protège la plupart des organismes vivants des pathogènes nuisibles. Les composantes innée et acquise de l'immunité travaillent ensemble pour assurer une protection efficace de l'homme ainsi que de tous les autres vertébrés à mâchoires. Les cellules dendritiques, la composante de l'immunité innée, passent régulièrement en revue les tissus périphériques, capturent et traitent les agents pathogènes envahisseurs et enfin, présentent les antigènes aux lymphocytes T pour stimuler les réponses immunitaires adaptatives spécifiques. Ces cellules reconnaissent les organismes étrangers à l'aide de plusieurs "Pattern Recognition Receptors" (PRRs), qui se lient spécifiquement à des molécules à la surface des agents pathogènes, dits "Pathogen Associated Molecular Patterns (PAMPs). Parmi les PRR, les récepteurs lectine de type C (CLRs) ont un rôle important dans la reconnaissance et dans la capture des pathogènes. Cependant, DC-SIGN, l'un de ces CLR, peut être détourné par de nombreux agents pathogènes dangereux, y compris le VIH, afin de promouvoir leur infection. Ce travail vise à développer des antagonistes de DC-SIGN, qui serait en mesure de bloquer l'utilisation de ce récepteur par des agents pathogènes. Pour atteindre cet objectif, la stratégie du développement de ligands glycomimétique de DC-SIGN et la présentation multivalente des glycomimétiques monovalents sélectionnés a été employée. Les études présentées ont été réalisées en collaboration avec plusieurs groupes de chimistes, qui ont conçu et synthétisé différents composés glycomimétiques ainsi que différentes plates-formes multivalentes. Des ligands monovalents de DC-SIGN basés sue le mannose, le fucose et sur les composés C-glycosidiques ont été explorés et différentes plates-formes de valence avec différents modes de présentation dans l'espace ont été étudiées. En utilisant la résonance plasmonique de surface (SPR), l'activité des composés à inhiber DC-SIGN a été estimée. De plus, les composés ont été évalués pour leur sélectivité pour DC-SIGN par rapport à la Langerine, un autre CLR ayant un rôle protecteur contre l'infection par le VIH. Certains de ces composés ont été caractérisés par cristallographie aux rayons X et par spectrométrie RMN. Les études de SPR de composés multivalents ont confirmé l'amélioration de l'activité, mais a également révélé des complications possibles. Dans l'ensemble, ces études ont permis d'identifier les deux meilleurs nouveaux composés et de suggérer des perspectives pour l'amélioration de ces composés et des plates-formes de présentation multivalentes

Development of glycomimetic antagonists of the C-type lectin receptor DC-SIGN : a new anti-HIV preventive strategy

L'immunité, un système de défense incroyable, protège la plupart des organismes vivants des pathogènes nuisibles. Les composantes innée et acquise de l'immunité travaillent ensemble pour assurer une protection efficace de l'homme ainsi que de tous les autres vertébrés à mâchoires. Les cellules dendritiques, la composante de l'immunité innée, passent régulièrement en revue les tissus périphériques, capturent et traitent les agents pathogènes envahisseurs et enfin, présentent les antigènes aux lymphocytes T pour stimuler les réponses immunitaires adaptatives spécifiques. Ces cellules reconnaissent les organismes étrangers à l'aide de plusieurs "Pattern Recognition Receptors" (PRRs), qui se lient spécifiquement à des molécules à la surface des agents pathogènes, dits "Pathogen Associated Molecular Patterns (PAMPs). Parmi les PRR, les récepteurs lectine de type C (CLRs) ont un rôle important dans la reconnaissance et dans la capture des pathogènes. Cependant, DC-SIGN, l'un de ces CLR, peut être détourné par de nombreux agents pathogènes dangereux, y compris le VIH, afin de promouvoir leur infection. Ce travail vise à développer des antagonistes de DC-SIGN, qui serait en mesure de bloquer l'utilisation de ce récepteur par des agents pathogènes. Pour atteindre cet objectif, la stratégie du développement de ligands glycomimétique de DC-SIGN et la présentation multivalente des glycomimétiques monovalents sélectionnés a été employée. Les études présentées ont été réalisées en collaboration avec plusieurs groupes de chimistes, qui ont conçu et synthétisé différents composés glycomimétiques ainsi que différentes plates-formes multivalentes. Des ligands monovalents de DC-SIGN basés sue le mannose, le fucose et sur les composés C-glycosidiques ont été explorés et différentes plates-formes de valence avec différents modes de présentation dans l'espace ont été étudiées. En utilisant la résonance plasmonique de surface (SPR), l'activité des composés à inhiber DC-SIGN a été estimée. De plus, les composés ont été évalués pour leur sélectivité pour DC-SIGN par rapport à la Langerine, un autre CLR ayant un rôle protecteur contre l'infection par le VIH. Certains de ces composés ont été caractérisés par cristallographie aux rayons X et par spectrométrie RMN. Les études de SPR de composés multivalents ont confirmé l'amélioration de l'activité, mais a également révélé des complications possibles. Dans l'ensemble, ces études ont permis d'identifier les deux meilleurs nouveaux composés et de suggérer des perspectives pour l'amélioration de ces composés et des plates-formes de présentation multivalentes.An amazing defense system, the immunity, protects most of the living organisms from harmful pathogens. The innate and acquired immunity components work together to provide efficient protection of humans as well as all other jawed vertebrates. Dendritic cells, the component of the innate immunity, routinely survey the peripheral tissues, capture and process the invading pathogens, and finally, present the antigens to the T cells to boost the pathogen specific adaptive immune responses. These cells recognize the foreign organisms with the help of multiple pattern recognition receptors (PRRs), which specifically bind molecules on the pathogen surfaces, so-called pathogen associated molecular patterns (PAMPs). Among PRRs, the C-type lectin receptors (CLRs) have an important role in pathogen recognition and capturing. However, one of these CLRs, DC-SIGN, has been shown to be hijacked by many dangerous pathogens, including HIV, to promote their infection. This work aims to develop the antagonists of the C-type lectin receptor DC-SIGN, which would be able to block the use of this receptor by pathogens. To achieve that, the strategy of the development of glycomimetic ligands of DC-SIGN and the multivalent presentation of the selected monovalent glycomimics has been employed. The presented studies were accomplished in collaboration with several chemists groups, who have designed and synthesized different glycomimetic compounds as well as different multivalent platforms. The mannose-based, fucose-based and the C-glycosidic compounds were explored as monovalent DC-SIGN ligands, and multivalent platforms with different valence as well as ligand presentation in space were investigated. Using surface plasmon resonance (SPR), the activity of the compounds to inhibit DC-SIGN was estimated. Moreover, the compounds were evaluated for their selectivity to DC-SIGN vs langerin, another CLR with a protective role from HIV infection. Some of the compounds were structurally characterized by X-ray crystallography and NMR spectrometry studies. The SPR studies of multivalent compounds confirmed the improved activity, but also revealed possible complications Overall, these studies allowed to identify two new monovalent leads and to draw perspectives for their further improvement, and suggested the improvement of multivalent presentation platforms

Synthesis of a selective inhibitor of a fucose binding bacterial lectin from Burkholderia ambifaria.

International audienceBurkholderia ambifaria is a bacterium member of the Burkholderia cepacia complex (BCC), a closely related group of Gram-negative bacteria responsible for "cepacia syndrome" in immunocompromised patients. B. ambifaria produces BambL, a fucose-binding lectin that displays fine specificity to human fucosylated epitopes. Here, we report the first example of a synthetic ligand able to selectively bind, in the micromolar range, the pathogen-lectin BambL. The synthetic routes for the preparation of the α conformationally constrained fucoside are described, focusing on a totally diastereoselective inverse electron demand [4 + 2] Diels-Alder reaction. Isothermal titration calorimetry (ITC) demonstrated that this compound binds to the pathogen-associated lectin BambL with an affinity comparable to that of natural fucose-containing oligosaccharides. No binding was observed by LecB, a fucose-binding lectin from Pseudomonas aeruginosa, and the differences in affinity between the two lectins could be rationalized by modeling. Furthermore, SPR analyses showed that this fucomimetic does not bind to the human fucose-binding lectin DC-SIGN, thus supporting the selective binding profile towards B. ambifaria lectin

Identification of a promising multivalent inhibitor of the DC-SIGN dependent uptake of HIV-1 and Dengue virus

DC-SIGN is a C-type lectin receptor on antigen presenting cells (dendritic cells) which has an important role in some viral infection, notably by HIV and Dengue virus (DV). Multivalent presentation of carbohydrates on dendrimeric scaffolds has been shown to inhibit DC-SIGN binding to HIV envelope glycoprotein gp120, thus blocking viral entry. This approach has interesting potential applications for infection prophylaxis. In an effort to develop high affinity inhibitors of DC-SIGN mediated viral entry, we have synthesized a group of glycodendrimers of different valency that bear different carbohydrates or glycomimetic DC-SIGN ligands and have studied their DC-SIGN binding activity and antiviral properties both in an HIV and a Dengue infection model. Surface Plasmon Resonance (SPR) competition studies have demonstrated that the materials obtained bind efficiently to DC-SIGN with IC50s in the μm range, which depend on the nature of the ligand and on the valency of the scaffold. In particular, a hexavalent presentation of the DC-SIGN selective antagonist 4 displayed high potency, as well as improved accessibility and chemical stability relative to previously reported dendrimers. At low μm concentration the material was shown to block both DC-SIGN mediated uptake of DV by Raji cells and HIV trans-infection of T cells.Peer reviewe

Molecular Mechanisms of PTH/PTHrP class B GPCR Signaling and Pharmacological Implications.

The classical paradigm of G protein-coupled receptor (GPCR) signaling via G proteins is grounded in a view that downstream responses are relatively transient and confined to the cell surface, but this notion has been revised in recent years following the identification of several receptors that engage in sustained signaling responses from subcellular compartments following internalization of the ligand-receptor complex. This phenomenon was initially discovered for the parathyroid hormone (PTH) type 1 receptor (PTH1R), a vital GPCR for maintaining normal calcium and phosphate levels in the body with the paradoxical ability to build or break down bone in response to PTH binding. The diverse biological processes regulated by this receptor are thought to depend on its capacity to mediate diverse modes of cAMP signaling. These include transient signaling at the plasma membrane and sustained signaling from internalized PTH1R within early endosomes mediated by PTH. Here we discuss recent structural, cell signaling and in vivo studies that unveil potential pharmacological outputs of the spatial versus temporal dimension of PTH1R signaling via cAMP. Notably, the combination of molecular dynamics (MD) simulations and elastic network model (ENM)-based methods revealed how precise modulation of PTH signaling responses is achieved through structure-encoded allosteric coupling within the receptor between the peptide hormone binding site and the G protein coupling interface. The implications of recent findings are now being explored for addressing key questions on how location bias in receptor signaling contributes to pharmacological functions, and how to drug a difficult target such as the PTH1R toward discovering nonpeptidic small molecule candidates for the treatment of bone and mineral metabolism diseases

Nonhydrolyzable C-disaccharides, a new class of DC-SIGN ligands.

International audienceThe discovery of effective ligands for DC-SIGN receptor is one of the most challenging concepts of antiviral drug design due to the importance of this C-type lectin in infection processes. DC-SIGN recognizes mannosylated and fucosylated oligosaccharides but glycosidic linkages are accessible to both chemical and enzymatic degradations. To avoid this problem, the synthesis of stable glycoside mimetics has attracted increasing attention. In this work we establish for the first time mono- and divalent C-glycosides based on d-manno and l-fuco configurations as prospective DC-SIGN ligands. In particular, the l-fucose glycomimetics were more active than the respective d-mannose ones. The highest affinity was assessed for simple 1,4-bis(α-l-fucopyranosyl)butane (SPR: IC50 0.43 mM) that displayed about twice higher activity than natural ligand Le(x). Our results make C-glycosides attractive candidates for multivalent presentations