Une nouvelle technique d’étude des récepteurs cellulaires pourrait avoir des implications considérables pour le développement de médicaments

Un médicament sur trois approuvé par la FDA cible une seule superfamille de récepteurs répartis à la surface des cellules humaines. Des bêtabloquants aux antihistaminiques, ces médicaments essentiels et vitaux déclenchent des voies biochimiques sinueuses, via ces récepteurs, pour finalement prévenir une crise cardiaque ou stopper une réaction allergique.

Mais les scientifiques ont découvert que leur histoire est bien plus compliquée qu’on ne le pensait au départ : un certain nombre de ces médicaments ciblent en fait un complexe composé d’un récepteur et d’une protéine associée. Une nouvelle étude réalisée en Progrès scientifiques présente une nouvelle approche pour cartographier les interactions entre 215 de ces récepteurs et les trois protéines avec lesquelles ils forment des complexes. Les résultats élargissent considérablement la compréhension de ces interactions et de leur potentiel thérapeutique.

« Sur le plan technique, nous pouvons désormais étudier ces récepteurs à une échelle sans précédent », explique Ilana Kotliar, première auteure de l’étude et ancienne étudiante diplômée du Laboratoire de biologie chimique et de transduction de signaux de l’Université Rockefeller, dirigé par Thomas P. Sakmar. « Et sur le plan biologique, nous savons désormais que le phénomène de ces interactions entre protéines et récepteurs est beaucoup plus répandu qu’on ne le pensait à l’origine, ce qui ouvre la voie à de futures recherches. »

Territoire inexploré

Cette famille de récepteurs est connue sous le nom de récepteurs couplés aux protéines G (GPCR). Leurs protéines accessoires sont appelées RAMP, abréviation de receptor activity-modifying protein (protéines de modification de l’activité du récepteur). Les RAMP aident à transporter les GPCR à la surface cellulaire et peuvent considérablement modifier la façon dont ces récepteurs transmettent les signaux en modifiant la forme du récepteur ou en influençant son emplacement. Comme les GPCR existent rarement dans le vide, identifier un GPCR sans tenir compte de la façon dont les RAMP pourraient l’influencer revient un peu à connaître le menu d’un restaurant sans vérifier ses horaires, son adresse ou ses options de livraison.

« Il peut y avoir deux cellules dans le corps dans lesquelles le même médicament cible le même récepteur, mais le médicament n’agit que sur une seule cellule », explique Sakmar, professeur Richard M. et Isabel P. Furlaud. « La différence est que l’une des cellules possède une RAMP qui amène son récepteur GPCR à la surface, où le médicament peut interagir avec lui. C’est pourquoi les RAMP sont si importantes. »

Sachant cela, Sakmar et ses collègues étaient déterminés à développer une technique qui permettrait aux chercheurs d’analyser l’effet de chaque RAMP sur chaque récepteur GPCR. Une telle carte complète des interactions GPCR-RAMP dynamiserait le développement de médicaments, avec l’avantage supplémentaire d’expliquer peut-être pourquoi certains médicaments prometteurs à base de GPCR n’ont mystérieusement pas fonctionné.

Ils espéraient qu’une telle carte contribuerait également à la biologie fondamentale en révélant avec quels ligands naturels interagissent plusieurs récepteurs GPCR dits « orphelins ». « Nous ne savons toujours pas ce qui active de nombreux récepteurs GPCR dans le corps humain », explique Kotliar. « Les criblages ont peut-être manqué ces correspondances dans le passé parce qu’ils ne recherchaient pas de complexe GPCR-RAMP. »

Mais passer en revue toutes les interactions GPCR-RAMP était une tâche ardue. Avec trois RAMP connues et près de 800 GPCR, rechercher toutes les combinaisons possibles était peu pratique, voire impossible. En 2017, Emily Lorenzen, alors étudiante diplômée dans le laboratoire de Sakmar, a commencé une collaboration avec des scientifiques du Science for Life Laboratory en Suède et du projet suédois Human Protein Atlas pour créer un test capable de dépister les interactions GPCR-RAMP.

Des centaines d’expériences à la fois

L’équipe a commencé par coupler des anticorps du Human Protein Atlas à des billes magnétiques, chacune pré-colorée avec l’un des 500 colorants différents. Ces billes ont ensuite été incubées avec un mélange liquide de cellules modifiées exprimant diverses combinaisons de RAMP et de GPCR. Cette configuration a permis aux chercheurs de cribler simultanément des centaines d’interactions potentielles GPCR-RAMP au cours d’une seule expérience.

À mesure que chaque bille passait dans un instrument de détection, un code couleur était utilisé pour identifier quels GPCR étaient liés à quelles RAMP, permettant un suivi à haut débit de 215 GPCR et de leurs interactions avec les trois RAMP connues.

« Une grande partie de cette technologie existait déjà. Notre contribution a été de créer une technologie qui s’appuie sur elle », explique Sakmar. « Nous avons développé une technique permettant de tester des centaines de complexes différents à la fois, ce qui génère une énorme quantité de données et répond à de nombreuses questions simultanément. »

« La plupart des gens ne pensent pas en termes de multiplexage. Mais c’est ce que nous avons fait : 500 expériences à la fois. »

Bien que ce travail soit l’aboutissement d’un travail d’équipe sur une longue période, Kotliar a déployé des efforts herculéens pour le mener à bien, en transportant des échantillons et des réactifs rares depuis la Suède dans de rares fenêtres de voyage pendant la COVID.

Cela a porté ses fruits. Les résultats ont fourni une poignée de ressources attendues depuis longtemps par les chercheurs et les développeurs de médicaments sur les récepteurs GPCR : des bibliothèques en ligne accessibles au public d’anticorps anti-GPCR, des gènes GPCR modifiés et, bien sûr, les interactions cartographiées. « Vous pouvez désormais saisir votre récepteur préféré, découvrir quels anticorps s’y lient, si ces anticorps sont disponibles dans le commerce et si ce récepteur se lie à une RAMP », explique Sakmar.

Ces résultats augmentent d’un ordre de grandeur le nombre d’interactions GPCR-RAMP identifiées expérimentalement et jettent les bases de techniques qui pourraient aider à détecter des combinaisons de GPCR et à identifier les auto-anticorps nocifs.

« En fin de compte, il s’agit d’un projet axé sur la technologie », explique Sakmar. « C’est ce que fait notre laboratoire. Nous travaillons sur des technologies qui permettent de faire progresser la découverte de médicaments. »