Thèse soutenue le 12 décembre 2018 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Chimie inorganique et Bio inorganique

Résumé :
Le cuivre est un micronutriment essentiel qui participe à de nombreux processus biologiques. Cependant, le cuivre libre est toxique pour l’organisme parce qu’il catalyse une réaction de type Fenton formant des espèces réactives de l’oxygène. Par conséquent la concentration en cuivre est finement régulée dans tous les organismes vivants. Les maladies de Menkes et de Wilson sont dues à des dérèglements de l’homéostasie du cuivre qui se manifestent respectivement par une déficience ou une accumulation de cuivre dans l’organisme. La maladie de Wilson est traitée avec des chélateurs du cuivre, qui provoquent des effets secondaires importants chez certains patients.
Mon projet de doctorat consiste en l’élaboration de trois familles de peptides qui contiennent des acides aminés cystéines et en l’étude de leurs complexes de Cu(I) pour déterminer s’ils sont des candidats adaptés pour le traitement de la maladie de Wilson. L'interaction de certains peptides avec les ions Hg(II) ou Zn(II) a également été étudiée. En effet, le Hg(II) est un cation métallique possédant des propriétés similaires au Cu(I) et donc souvent utilisé pour modéliser le Cu(I) qui est sensible à l'oxygène et se dismute dans l’eau. Le Zn(II) est quant à lui omniprésent dans les cellules et un compétiteur intracellulaire potentiel du Cu().
Les séquences des peptides ont été choisies selon trois stratégies différentes. Dans la première, des séquences inspirées de la boucle de liaison du cuivre de la protéine bactérienne CueR (copper efflux regulator), contenant deux cystéines, ont été étudiées afin de bénéficier de la sélectivité et de la sensibilité de ce régulateur. Dans une deuxième approche, des peptides contenant trois cystéines dans les motifs CxCxxC et CxCxC ont été étudiés pour combiner les avantage des peptides (bonne internalisation dans les cellules hépatiques quand ils sont judicieusement fonctionnalisés) et des tripodes (très forte affinité pour le Cu(I)) de l’équipe CIBEST. Finalement, la pré-organisation a été exploitée dans un tétrapeptide rigide où les deux cysteines sont liées dans un coude β préformé.
Les trois peptides modèles du régulateur CueR miment la capacité de la protéine à accueillir exclusivement un ion Cu(I) dans des conditions d'excès de ligand et une forte affinité et sélectivité par rapport au Zn(II). Ces caractéristiques sont avantageuses dans la perspective du développement de nouveaux chélateurs du Cu(I).
Les peptides contenant trois cystéines s’avèrent trop flexibles pour contrôler la spéciation des complexes du Cu(I). Par ailleur, ces peptides sont bien adaptés pour une coordination efficace du Hg(II) par trois groupes thiolates. Les différences structurales n’ont qu’une influence modeste sur les stabilités des complexes. La différence dans la coordination des peptides vis-à-vis des deux ions mous Hg(II) et Cu(I) démontre que l'utilisation du Hg(II) comme ion modèle pour la coordination du Cu(I) avec des peptides ou des protéines riches en soufre dans des conditions physiologiques n’est pas toujours appropriée.
La pré-organisation de la structure peptidique est un élément clé du contrôle de la spéciation du complexe Cu(I) et de l’affinité des ligands pour le Cu(I). Le peptide CDPPC forme uniquement le cluster Cu₄P₃ avec une grande stabilité et une bonne sélectivité Cu(I)/Zn(II). Au contraire, les données expérimentales avec le tétrapeptide plus flexible CPGC montrent la formation d’un mélange de complexes polymétalliques de Cu(I). Il est intéressant de noter que le peptide simple CDPPC est capable d’imiter la formation des clusters Cu(I)-thiolates identifiés dans de nombreuses protéines impliquées dans l’homéostasie du cuivre, comme Cox17 ou Ctr1. CDPPC est intéressant pour mettre au point un chélateur intracellulaire du Cu(I), et sa fonctionnalisation afin de pouvoir cibler les cellules hépatiques pour le traitement de maladie Wilson sera donc pertinente dans le futur.

Jury :
Président : Monsieur Janos Wolfling
Rapportrice : Madame Katalin Varnagy
Rapporteur : Monsieur Marius Reglier
Examinatrice : Madame Catherine Belle
Examinateur : Monsieur Gabor Schuszter
Directrice de thèse : Madame Pascale Delangle

Mots clés :
Cuivre, Maladie de Wilson, chélatation

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