Peptide mimics of glycosaminoglycans : synthesis, structures and biological activities

Abstract

Les Glycosaminoglycanes (GAGs) sont des polysaccharides linéaires, plus ou moins sulfatés, présents à la surface des cellules et dans la matrice extracellulaire. Ils interagissent avec un grand nombre de protéines (cytokines, facteurs de croissance, enzymes ...) et sont impliqués dans divers processus physiologiques et pathologiques. Dans le cadre de mon travail de thèse, nous avons conçu et synthétisé des molécules mimes de GAGs : des peptides anioniques de 12 à 24 acides aminés, portant des motifs répétés de type (EC’AC’)n et présentant les fonctions caractéristiques des GAGs naturels, à savoir les fonctions acides, apportées par l’acide Glutamique, et sulfoniques, obtenues par oxydation des Cystéines. Une première génération de ces sulfopeptides a été étudiée, au Collège de France, comme inhibiteurs de l’interaction d’une protéine à homéodomaine (Otx2) avec le réseau de GAGs présents autour d’un type cellulaire cible de cette protéine. Le peptide comportant six motifs « EC’AC’» a montré une activité in vivo très prometteuse. Une étude structurale par RMN a ensuite été réalisée pour analyser les interactions de ces sulfopeptides avec la protéine Otx2 produite avec un double marquage 13C, 15N. Cette étude a confirmé que l’interaction se faisait au niveau du domaine de liaison aux GAGs de la protéine. Cette interaction affecte aussi l’hélice 3 de l’homéodomaine, à l’origine de l’internalisation d’Otx2 dans les cellules. Enfin nous avons complété cette étude structurale par une approche de type Biacore, pour développer une stratégie d’analyse plus rapide de l’activité de nos analogues et nous permettre de développer une étude structure-activité efficace.Glycosaminoglycans (GAGs) are linear polysaccharides, more or less sulfated, present on the surface of cells and in the extracellular matrix. They interact with a large number of proteins (cytokines, growth factors, enzymes, etc.) and are involved in various physiological and pathological processes. As part of my thesis work, we designed and synthesized GAGs mimetic molecules: anionic peptides of 12 to 24 amino acids, carrying repeated motifs (EC'AC ')n and exhibiting the characteristic functions of natural GAGs, namely the acid functions, provided by glutamic acid, and sulfonic functions, obtained by oxidation of cysteines. A first generation of these sulfopeptides was studied, at the Collège de France, as inhibitors of the interaction of a homeodomain protein (Otx2) with the network of GAGs present around a target cell type of this protein. The peptide comprising six "EC'AC" motifs has shown very promising in vivo activity. A structural study by NMR was then carried out to analyze the interactions of these sulfopeptides with the Otx2 protein produced with a double 13C, 15N labeling. This study confirmed that the interaction takes place at the GAG binding domain of the protein. This interaction also affects the homeodomain helix 3, which is responsible for the internalization of Otx2 into cells. Finally, we completed this structural study with a Biacore-type approach, to develop a strategy for faster analysis of the activity of our analogues and allow us to develop an efficient structure-activity study