Soutenance de thèse de Jacinthe Frangieh

The November 29, 2021

"Caractérisation pharmacologique de substances naturelles actives sur canaux ioniques : exemples du venin de la vipère libanaise Montivipera bornmuelleri et d’alcaloïdes isoquinolines d’origine végétale."

Lundi 29 novembre 2021 à 9h, en visioconférence.

Resumé

Les substances naturelles d’origine animale ou végétale constituent des sources incontournables de molécules bioactives à potentiel thérapeutique. Ainsi, plusieurs produits naturels ont servi de point de départ pour la conception et le développement de médicaments utilisés dans le traitement des maladies humaines, en particulier les maladies cardiovasculaires, notamment l’hypertension artérielle. Dans ce contexte, les travaux de ma thèse visent à caractériser l’activité pharmacologique de substances naturelles actives sur certains canaux ioniques, naturellement présents dans l’arborisation vasculaire. Pour cela, deux sources de molécules naturelles ont été utilisées : (i) le venin de la vipère libanaise Montivipera bornmuelleri et (ii) des alcaloïdes isoquinolines d’origine végétale.  Le venin de la vipère M. bornmuelleri est un mélange riche en molécules actives qui ciblent entre autres le système cardiovasculaire. En effet, une étude récente de notre équipe a montré que ce venin induit la vasorelaxation des anneaux d’aortes de rats. Ainsi, notre objectif était d’identifier et de caractériser la (ou les) molécule(s) responsable(s) de cette activité vasorelaxante.  Nos travaux de recherche ont confirmé que le venin brut de cette vipère induit effectivement un effet vasorelaxant sur des artères mésentériques de souris.  A l’échelle moléculaire, le criblage des fractions obtenues par chromatographie a permis l’identification d’une fraction P14, capable d’induire une inhibition de 100% des réponses calciques induites par l’acétylcholine (ACh) sur la signalisation calcique induite dans les cellules endothéliales MS1.  La fraction P14 perturbe donc l’homéostasie du Ca2+ intracellulaire des MS1. Les récepteurs muscariniques M1, M3, et M5 ne sont pas impliqués dans cet effet. La caractérisation moléculaire par protéomique de P14 a permis l’identification d’un polypeptide original de 12 kDa avec une séquence homologue au facteur de croissance de l'endothélium vasculaire (VEGF), susceptible d’agir sur un récepteur de type tyrosine kinase. Dans une seconde étude menée par électrophysiologie (TEVC), les fractions du venin de M. bornmuelleri ont été testées sur les récepteurs GABA de type A (RGABAA), étant donné que ces récepteurs peuvent être impliqués dans la vasorelaxation des artères de résistance. Cette étude a permis de mettre en évidence deux fractions P12 et P17 qui ont chacune des effets opposés sur les RGABAA, c’est-à-dire  des effets modulateurs allostériques positifs et antagonistes respectivement. Enfin, une librairie d’extraits d’alcaloïdes isoquinolines (AI), - pas ou très peu connus dans la littérature quant à leurs effets biologiques et notamment sur les canaux ioniques - a été criblée pour leur activité sur les canaux sodium (Nav) et calcium de type L (LTCC) exprimés dans la lignée cellulaire GH3b6. Ainsi, plusieurs AI issus de cette librairie se sont avérées des bloqueurs de ces canaux, certains exerçant une activité d’antagonistes compétitifs et d’autres non compétitifs du BAY K8644 pour les LTCC.  En conclusion, les produits naturels d’origine animale ou végétale constituent un vaste arsenal de molécules bioactives pouvant être utilisées pour la découverte et le développement de nouveaux médicaments d’origine naturelle, pour le traitement des maladies humaines y compris les maladies cardiovasculaires ou la douleur. 

Abstract

Natural products (NP), of animal or plant origin, constitute a rich source of bioactive compounds with therapeutic interests. Thus, several of these NP have been a major source of lead compounds in drug discovery for the treatment of human diseases, in particularly cardiovascular diseases (CVDs, notably hypertension. In this context, my thesis project aims to pharmacologically characterize natural substances active on certain ion channels, naturally present in the vascular arborization. So, two natural sources of biomolecules were used: (i) the venom of the lebanese viper Montivipera bornmuelleri and (ii) plant-derived isoquinoline alkaloids. The venom of the viper “M. bornmuelleri” is considered as a complex mixture of bioactive molecules which target, among other physiological systems, the cardiovascular system. Indeed, a recent study by our team has shown that this venom induces a vasorelaxation of rat aorta rings. Thus, our objective was to identify and characterize the vasoactives molecules. Our research work confirmed that the crude venom of this viper induces a vasorelaxant effect on isolated mesenteric arteries of mice.  At the molecular level, the screening of the different fractions obtained by chromatography allowed the identification of a fraction P14,  capable of inducing a 100% inhibition of  calcium responses induced by acetylcholine (ACh)  on the calcium signaling induced in MS1 endothelial cells.  P14 disrupts intracellular Ca2+ homeostasis of  MS1 cells. Muscarinic receptors M1, M3, and M5 are not involved in this effect. Then, the proteomic analysis of P14 allowed us to identify an original 12 kDa polypeptide with a sequence homology to vascular endothelial growth factor (VEGF), likely to act on a receptor tyrosine kinase. In a second study conducted by electrophysiology (TEVC), the venom fractions of M. bornmuelleri were tested on GABAA receptors (GABAAR), since these receptors may be involved in vasorelaxation of resistance arteries. This study revealed two fractions P12 and P17 with opposite effects on RGABAA, i.e, positive allosteric modulatory and antagonist effects, respectively. Finally, an In-House library of isoquinoline alkaloïds (IA) -not or poorly documented in the literature in terms of their biological effects and particularly on ion channels- were screened for their activities on voltage-gated sodium channels (Nav) and L-type calcium channels (LTCC) expressed in the GH3b6 cell line.  Thus, several IA from this In-House library were found to be blockers of these channels, some of them exerting competitive and others non-competitive antagonist activity of BAY K8644 for LTCC.  In conclusion, natural products of animal or plant origin constitute a large arsenal of bioactive molecules that can  be used for the discovery and development of new natural-based  drugs for the treatment of human diseases including CVDs or pain.