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Transport et Métabolisme de l'Iode

Publié le 6 avril 2017
L'équipe Transport et Métabolisme de l'Iode travaille sur deux thèmes, le transport de l’iode dans la thyroïde et les techniques de chemogénomique.

Responsable
Yves Ambroise​
yves.ambroise@cea.fr

 
L'équipe transport et métabolisme de l'iode
 
 
​Lacotte P, Puente C, Ambroise Y. (2013). Synthesis and evaluation of 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-ones as sodium iodide symporter inhibitors. ChemMedChem, 8, 104-111.
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Lecat-Guillet N, Merer G, Lopez R, Pourcher T, Rousseau B, Ambroise Y. (2008). Small-Molecule Inhibitors of Sodium Iodide Symporter Function. ChemBioChem. 9, 889-95.

​Le transport de l’iode dans la thyroïde

La glande thyroïdienne est essentielle à la production des hormones iodées T3 et T4 chez les mammifères. Elle est constituée de cellules spécialisées (thyrocytes) organisées en follicules. La première étape dans la biosynthèse de T3 et T4 dans le thyrocyte est le transport basolatéral de l’iodure sanguin vers le cytoplasme. Cette étape est réalisée grâce au symporteur Na+/I- (NIS). Le clonage du NIS en 1996 à conduit à d’importantes avancées sur la caractérisation fonctionnelle et mécanistique de cette protéine. Néanmoins, les mécanismes de transport et de régulations post-traductionnelles ne sont pas connus.

 
Représentation d’un follicule thyroïdien et d’un thyrocyte. Le follicule est constitué d’une monocouche de cellules spécialisées (thyrocytes) séparant le compartiment sanguin de la colloïde. Le symporteur Na+/I- (NIS) est localisé du coté basolatéral du thyrocyte et permet le passage des iodures vers le cytoplasme. Cette étape est nécessaire à la biosynthèse des hormones thyroïdiennes T3 & T4.

 

L’équipe cherche à identifier des petites molécules capables d’interagir avec le transport des iodures dans le thyrocyte. De tels composés représentent de nouveaux outils pour la caractérisation moléculaire de ce processus biologique ("Chemogénétique). Par ailleurs, des inhibiteurs du NIS sont recherchés pour traiter certaines pathologies thyroïdiennes (maladie de Basedow…), mais aussi pour décontaminer la thyroïde après une exposition accidentelle à l’iode radioactif (accident nucléaire). D’autre part, des molécules activant la fonction du NIS permettrait l’utilisation des radiothérapies par l’iode pour le diagnostic et le traitement de cancers non thyroïdiens.

Dans ce cadre, l’équipe a mis au point puis effectué un criblage à haut débit sur une chimiothèque de 17,000 composés. Le test a consisté à mesurer l’incorporation des iodures sur une lignée cellulaire sur-exprimant le NIS humain (hNIS-HEK293). Cette campagne de criblage a permis d’identifier 10 inhibiteurs puissants de l’accumulation des iodures (IC50 = 40 nM à 8 µM). Il a aussi été identifié un composé capable d’augmenter d’un facteur 5 la rétention des iodures dans le thyrocyte (lignée FRTL5).

 
Résultats de la campagne de criblage pour l’identification de modulateurs du NIS. Chaque composé de la chimiothèque a été testé pour son influence sur le transport des iodures sur une lignées cellulaire sur-exprimant le NIS humain (hNIS-HEK293). Le criblage a été effectué sur la plateforme de criblage à haut-débit du SCBM en plaques 96 puits. Le graphique représente les pourcentages d’inhibition de chaque composé (17,000 molécules testées).
 

Les composés actifs ont servi de point de départ pour la synthèse d’analogues par chimie combinatoire et synthèse parallèle. L’évaluation de ces dérivés a conduit à l’obtention de molécules plus actives, et a permis d’établir une relation structure-activité détaillée.

L’identification de la protéine cible ainsi que du mécanisme moléculaire par lequel ces composés agissent est en cours. Les résultats de cette étude permettront de mieux comprendre les mécanismes régulation de l’activité du symporteur Na+/I-. 

 

Les techniques de chemogénomique

Notre équipe utilise les techniques de chemogénétique pour répondre à des questions de biologie.

Ces techniques sont basées sur l'utilisation des petites molécules pour l'identification de voies fonctionnelles ou de régulation chez le vivant. L'interaction entre une petite molécule et une protéine va induire un phénotype.

La caractérisation de ce phénomène permettra de faire un lien entre la protéine et l'évènement moléculaire (réaction enzymatique, interaction protéine-protéine…) responsable du phénotype. La chemogénomique est comparable à la génétique pour laquelle la modification est effectuée sur le gène. L'avantage de cette technique est la modification de la fonction d'une protéine  plutôt que de son gène.

Les autres atouts sont la réversibilité ainsi que l'observation en temps réel de ce cette interaction. En effet, la modification du phénotype n'a lieu qu'après l'ajout de la molécule et peu être interrompue après son retrait du milieu.

La chemogénomique est utilisée de deux manières différentes : la chemogénomique classique et la chemogénomique inverse.

En chemogénomique classique, un phénotype particulier (e.g. transport de l'iode dans le thyrocyte) est étudié. Il sera recherché des petites molécules interagissant avec cette fonction. Une fois les modulateurs identifiés, ils seront utilisés comme outils pour la recherche de la protéine responsable de ce phénotype. Plusieurs méthodes permettent d'identifier la cible. Les approches les plus courantes sont la chromatographie ou le photomarquage d'affinité, le criblage des clones d'expression ou de puces à protéines. Une autre méthode moins directe est basée sur la comparaison des résultats avec les profils d'activité de composés bioactifs connus.

Un des inconvénients de la chemogénomique classique est le manque de spécificité et la faible affinité des composés pour leurs cibles. Il est souvent nécessaire de vérifier les résultats par des méthodes de génétique plus classiques (e.g. gene knockout, SiRNA…).

En chemogénomique inverse, il sera recherché des petites molécules qui perturbent la fonction d'une enzyme dans un contexte de test enzymatique in vitro.

Une fois les modulateurs identifiés, ils sera regardé le phénotype provoqué par cette molécule dans un test sur cellules ou sur un organisme entier. Cette méthodologie permettra d'identifier ou de valider le rôle de cette enzyme dans la réponse biologique.

 
Comparaison des techniques de chemogénomique

 

Quelle que soit la méthode utilisée, cette technique implique la réalisation d'un criblage à haut-débit sur une chimiothèque de plusieurs milliers de molécules.


 

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