Base structurelle de la sélectivité des antagonistes dans les récepteurs de l'endothéline

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Décryptage de la sélectivité des antagonistes des récepteurs de l’endothéline : Une étude par cryo-microscopie électronique révèle des mécanismes moléculaires clés

Contexte académique

Les endothélines (ET), un groupe de peptides vasoactifs, jouent un rôle essentiel dans la régulation des fonctions cardiovasculaires. Les membres de cette famille, notamment ET-1, ET-2 et ET-3, interagissent avec les récepteurs de l’endothéline (ETRs), principalement les sous-types ETA et ETB, pour moduler le tonus vasculaire et l’homéostasie cardiovasculaire globale. Bien que les récepteurs ETA et ETB partagent 63 % d’homologie de séquence, ils diffèrent considérablement dans leur affinité pour les ligands et leurs fonctions : le récepteur ETA se lie préférentiellement à ET-1 et ET-2, entraînant une puissante vasoconstriction, tandis que ETB, doté d’une affinité similaire pour les trois isoformes d’endothéline, induit principalement une vasodilatation via l’oxyde nitrique et facilite la clairance d’ET-1.

Étant donné l’implication des ETRs dans diverses maladies cardiovasculaires, ces récepteurs représentent des cibles thérapeutiques prometteuses, en particulier pour le traitement de l’hypertension artérielle pulmonaire (PAH). Actuellement, des antagonistes spécifiques de l’ETA (comme Macitentan et Ambrisentan) et des antagonistes double ETA/ETB (tels que Bosentan) ont été approuvés pour un usage clinique. Cependant, bien que les mécanismes de liaison et d’activation de ETB soient bien documentés, les bases structurelles de la sélectivité des antagonistes vis-à-vis d’ETA restent insuffisamment comprises, freinant le développement d’antagonistes plus sélectifs. Cette étude vise à combler ces lacunes en explorant les mécanismes moléculaires de liaison des antagonistes à ETA et les perspectives d’une modulation par anticorps.

Source de la recherche

Cet article, fruit d’une collaboration entre l’hôpital Zhongshan de l’Université Fudan et l’Institut iHuman de l’Université ShanghaiTech, a été publié en 2024 dans la revue internationale Cell Discovery. Les travaux, dirigés par Junyi Hou, Shenhui Liu et Xiaodan Zhang, regroupent des contributions interdisciplinaires issues des domaines des soins intensifs cardiaques, des sciences de la vie et des technologies avancées.

Conception et déroulement de l’étude

1. Innovations dans l’utilisation de la cryo-microscopie électronique (Cryo-EM) :
Les chercheurs ont utilisé la Cryo-EM pour déterminer les structures des complexes formés par ETA avec trois antagonistes majeurs (Macitentan, Ambrisentan et Zibotentan). Une stratégie optimisée a été mise en place pour résoudre les défis liés à la détermination des structures des GPCRs inactifs. Cela inclut l’introduction de la protéine stabilisante Bril dans la boucle intracellulaire d’ETA et l’ajout de l’anticorps spécifique Fab301 pour stabiliser davantage le complexe.

2. Rôle de Fab301 :
L’anticorps Fab301 agit à la fois comme stabilisateur structurel et comme antagoniste de l’activité induite par ET-1 sur ETA. Il a permis d’obtenir des structures Cryo-EM avec des résolutions allant de 3,1 à 3,2 Å.

3. Méthodologie expérimentale :
L’étude repose sur : - La résolution des structures haute résolution des complexes ETA-antagonistes. - La comparaison des conformations actives et inactives des récepteurs ETA et ETB. - Des simulations de dynamique moléculaire et des expériences de mutagenèse pour valider le rôle des résidus clés dans la sélectivité des ligands.

Principaux résultats

1. Mécanismes moléculaires de liaison aux antagonistes : - Macitentan :
Dérivé du Bosentan, un antagoniste double, le Macitentan présente une forte sélectivité pour ETA grâce à son groupement sulfonamide. Ce dernier forme des interactions hydrogène et ioniques avec R326, K166 et K255. De plus, son groupe bromophényle interagit hydrophobiquement avec les résidus des hélices TM5 et TM6.

  • Ambrisentan :
    Malgré une taille moléculaire inférieure, Ambrisentan affiche une haute affinité pour ETA. Son groupement carboxylique interagit ioniquement avec K166 et R326, formant également un réseau hydrogène stabilisant le ligand dans la poche de liaison.

  • Zibotentan :
    Cet antagoniste basé sur un motif sulfonamide adopte une conformation en « chaise » unique. Ses interactions clés incluent des contacts hydrophobes avec des résidus spécifiques de TM3, TM5 et TM6.

2. Résidus déterminants pour la sélectivité d’ETA :
La sélectivité des antagonistes envers ETA repose principalement sur des résidus comme F1613.28 et Y1292.53, qui forment un réseau d’interactions crucial. En revanche, ETB possède des substitutions (V1773.28 et H1502.53) qui créent une poche plus large, favorisant la liaison à des ligands de plus grande taille comme Bosentan.

3. Fonctionnement de Fab301 :
L’anticorps Fab301 interagit avec la région extracellulaire ECL2 d’ETA, notamment via les résidus R232 et G233, bloquant ainsi la liaison d’ET-1. Ces interactions altèrent également la conformation de ECL2, entravant l’activation du récepteur.

Importance de l’étude

Cette recherche, grâce à la Cryo-EM, offre des bases structurelles essentielles pour comprendre la sélectivité des antagonistes des récepteurs ETA. Les résultats fournissent des pistes précieuses pour le développement d’antagonistes et d’anticorps plus sélectifs et efficaces dans le traitement de la PAH et d’autres maladies cardiovasculaires. Fab301, en particulier, ouvre de nouvelles perspectives pour la conception d’anticorps thérapeutiques ciblés.

Points forts et perspectives

  1. Compréhension approfondie des mécanismes moléculaires :
    L’identification des résidus critiques dans les poches de liaison des antagonistes éclaire les bases de la sélectivité moléculaire.

  2. Stratégies méthodologiques novatrices :
    L’utilisation d’anticorps pour stabiliser les complexes GPCRs établit une méthode reproductible et prometteuse.

  3. Applications cliniques potentielles :
    Les découvertes structurales facilitent l’optimisation de médicaments ciblant ETA et la conception d’anticorps thérapeutiques comme Fab301.

Cette étude non seulement enrichit la compréhension des mécanismes structure-fonction des GPCRs, mais apporte également une contribution significative au développement de traitements cardiovasculaires ciblés.