Stratégie pharmacologique innovante pour lutter contre les toxines du risque biologique

OBJECTIF DE THESE. Développer des molécules PROTAC pour dégrader par le protéasome des toxines internalisées dans les cellules hôtes, et proposer en fin de thèse des candidats médicaments pour des études in vivo.

ETAT DE L'ART ET PROBLEMATIQUE. Les toxines de plante et bactériennes comptent parmi les substances naturelles les plus toxiques et sont à l'origine de maladies mortelles, comme par exemple le botulisme et le tétanos. Une fois la toxine internalisée dans les cellules cibles, l'immunothérapie est inefficace, et il n'existe pas de traitements curatifs contre ces biomolécules. Un moyen de réaliser une avancée majeure dans le développement de contre-mesures médicales serait de cibler la toxine directement dans le cytoplasme des cellules hôtes à l'aide de molécules PROTAC. Les PROTAC sont des dégradateurs hétérobifonctionnels qui éliminent spécifiquement les protéines ciblées en détournant le système ubiquitine-protéasome de la cellule. Cette stratégie thérapeutique récente représente une technologie attrayante pour la découverte de nouveaux médicaments.

METHODOLOGIE. Pour mener à bien ce projet, l'étudiant(e) en thèse réalisera des campagnes de criblages in silico pour identifier des ligands d'une toxine et en améliorer l'affinité. Les expériences de validation des touches nécessiteront la production par voie recombinante d'un fragment de toxine et sera réalisée chez E. coli. A partir des ligands optimisés les plus prometteurs, des bibliothèques ciblées de molécules PROTAC dirigées contre la toxine seront synthétisées en collaboration avec une équipe de chimiste. L'étudiant(e) évaluera la capacité de ces molécules à interagir et éliminer la toxine internalisée dans les cellules en culture par différentes approches, afin de proposer en fin de thèse des candidats médicaments pour des études in vivo.

Assemblage de la Nitrogénase: Qu'est ce qui distingue une nitrogénase d'une protéine échafaudage

Face aux crises du changement climatique et de la dégradation des sols, il est urgent de trouver des solutions pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et la dépendance aux engrais azotés, tout en garantissant des rendements agricoles suffisants pour nourrir une population mondiale croissante. Une solution naturelle réside dans l'utilisation de la nitrogénase, une enzyme bactérienne capable de fixer l’azote atmosphérique en ammoniac, une forme directement assimilable par les plantes. Cependant, la biosynthèse de son cofacteur métallique, le FeMo-co, est un processus complexe nécessitant l’action coordonnée de nombreuses protéines.
L'objectif de cette thèse est de simplifier ce processus en étudiant des systèmes de maturation de la nitrogénase trouvés dans certains organismes, où un nombre réduit de protéines est utilisé, notamment grâce à la combinaison de plusieurs fonctions en une seule. Par une étude structurale et fonctionnelle comparative, nous chercherons à comprendre le rôle précis de chaque élément et comment simplifier ce système tout en conservant une activité optimale. Une telle avancée permettrait d’intégrer la capacité de fixation de l’azote dans les céréales, réduisant ainsi la dépendance aux engrais azotés.
Ce projet est issu d’une collaboration entre des équipes du CEA à l’Institut de Biologie Structurale et du CSIC à Madrid, reconnues pour leur expertise dans l'étude structurale des métalloprotéines ainsi que la biochimie et la génétique de la machinerie d’assemblage de la nitrogénase. Le doctorant bénéficiera d’un environnement scientifique de pointe, propice à une formation complète et enrichissante, pour une carrière future en recherche académique ou en R&D.